理想 ONE 作为增程式电动车的新代表,创新地使用了大电池加小发动机非直连的方案。尽管这个方案的很多细节都早早公布,并且理想的人员也在持续回应,但是很多人还是抱有极大的不信任。其中最大的怀疑就是小马拉大车,以及跑山路。本文尝试从数字上,寻找一些合理的解释。主要的切入点如下:

  1. 理想 ONE 的基本参数
  2. 怎样才是复杂工况?
  3. 全油门加速下,增程器能干嘛?
  4. 超高速巡航能直接干废电池吗?
  5. 存在用光电池也上不去的山路吗?

本人不是汽车相关行业,查资料主要靠必应,如数据或公式错误,敬请纠正。


理想 ONE 的基本参数

理想 ONE 的基本参数:车重 2270KG,电池 40.5kWh(实用 37.2kWh),增程器 1.2T 额定功率 62kW(转速 1200-4000,功率范围 8-62kW),油箱 45L(95 号),纯电续航 180 公里(37.2kWh 的电),用油续航 620 公里(45L 油,等效 120kWh 电量)。电池在增程优先维持 70% SOC,纯电优先维持 30% SOC。电池在 30% SOC 依然能够提供 180kW 功率。电子限速 172km/h。0-100 加速 6.5s。

汽车之家测试电耗:市区 19.8kWh/100km(平均速度近似为 30km/h),高速 22.2kWh/100km(平均速度近似为 90km/h)。


怎样才是复杂工况?

很多不看好理想 ONE 的专业人士所谓的复杂工况,可以简单理解为功率需求太高,远远超出增程器能提供的功率,最后会导致电池耗尽。ONE 的增程器 62kW 是额定的了,这里也不讨论可靠性问题,只讨论功率是否匹配的状况。所以复杂工况一定是功率居高且不小于 62kW 才行。

一辆汽车的功率需求,大头当然是驱动车轮,其次是空调、车机系统、音箱、其他车载电器等。制冷空调可能 3kW 左右,车机系统、音箱、其他电器合计 1kW。暖风可能用到发动机余热,不是很了解。不过加起来 4~5kW 的功率影响比较小,就过了。下面只考虑加速功率巡航功率爬坡功率

加速功率比较简单,最大 240kW,也就是双电机的最大功率。所以平时只要重踩油门,电池一定是掉电的。加速功率可以有两种组成方式,一种是纯电提供 240kW,一种是电池提供 180kW 加上增程器提供 60kW。

理想 ONE 的巡航功率推算总结如下表:

典型速度的巡航功率推算

30/90 为汽车之家数据推算,120/150 的数据来自于非正式沟通,都不一定准确,但不至于太离谱。更高的 160/170 的车速,基本上得超过增程器的功率范围了。

至于爬坡功率,第一次了解到的时候吓了我一跳。公式很简单,汽车重量乘重力加速度乘垂直爬升速度,就是克服重力的功率。下面假设 ONE 2.3 吨车重加上 0.7 吨负荷,算 3 吨整。则以 1m/s 的速度升高的功率大概为 30kW(≌ 3000kg*9.8m/s^2*1m/s)。以 90km/h 的车速爬坡度 9%(水平跑 100 米上升 9 米)的斜坡,克服重力的功率可以达到 66kW。再加上巡航 90km/h 的功率,整体功率可能接近 90kW。

所以这里有三种复杂工况:频繁全油门加速超高速巡航高速爬坡

三种情况,有一个共同点,就是快。全功率加速 6.5s 速度可以到 100km/h(车重到 3 吨之后,可能只能加速到 87km/h,按动能公式 mv^2/2 );巡航速度 150km/h 以上;大坡度以 90km/h 以上的速度跑。

与之相反的,就是简单工况:低频或低油门加速,150km/h 以下巡航,小坡度低车速等。

补充一点,道路烂,泥泞,有坑什么的,只能说是路况复杂,可能算不上复杂工况——因为你不可能开快。毕竟理想 ONE 是城市 SUV,不是越野车。


全油门加速下,增程器能干嘛?

全油门下的电量消耗还是非常可怕的,比如 240kW 跑 6.5s 就可以消耗 0.43kWh 的电量,也就是超过 ONE 总电量的 1%!而 40.5kWh/240kW 可知全功率驱动,只需要 10 分钟就可以跑光整个电池的电量。不过不用担心这个时长太短,所有电动车可能都是这样,甚至高性能燃油车也是这样。事实上你不可能持续这么长时间输出,因为电池、电机都会过热,也因为限速的存在。

考虑简单一点的极端情况,假设有一条无限长的直路,开启纯电优先模式,然后地板油不松。20 多秒应该可以加速到 172km/h 的最高速度,消耗大概 1.5kWh 的电,剩下大概 27kWh(≌ 40.5kWh*70%-1.5kWh)纯电可用。假设 172km/h 的巡航功率为 90kW(纯粹为猜测),则到 30% SOC 前可以行驶 18 分钟(27kWh/90kW*60min/h),约 51.6 公里。低 SOC 情况下,增程器介入提供 60kW 的功率,但离 90kW 还有 30kW 的差距怎么办?输出功率不够肯定就降速喽。按理想工作人员的说法,150km/h 是不会掉电的。所以接下来理想 ONE 能维持在低一些的 150km/h 跑到没油,然后消耗最后的 30% 的电量。按李想说的 45L 油箱等价为 120kWh 的电量来算,纯油可以跑 2 个小时(120kWh/60kW),大概 300 公里,油耗 15L/100km。

一脚油门踩死其实不能非常快地干光电池,所以换一种方式:加速到最高速度后马上刹停。如果不是刹车片和电池不过热的话,20 次就差不多能把电池干到 30% SOC 了吧。不过其实这些都不重要,重要的还是 30% SOC 的时候,再加速会怎样。

30% SOC 的时候电池剩余约 12kWh 的电量,还能提供 180kW 的功率,加上增程器的 60kW,基本上还是能提供 240kW 的功率。此时一次 0-100 的加速大概消耗 0.33kWh(≌180kW*6.5s)的电量。随著电量的持续降低,我猜到一定程度之后,会拒绝使用电池来加速,最后变成只有 62kW 的增程器来驱动车轮。此时 0-100 加速时间可能会变成 30 多秒了吧?虽然加速是极慢的,但按照国内的道路限速,120km/h 的速度下增程器还能提供至少 20kW 的充电功率。充 0.33kWh 的电大概是 60 秒(≌0.33kWh/20kW),充 12kWh 的电大概是 36 分钟。

可能有人说,我加速到 120km/h 后可能又减速,又加速啊。既然是高速,我们就假设减速到 80km/h,然后只用增程器加速到 120km/h。假定从 80km/h 到 120km/h 增程器平均可以提供 30kW 的加速功率,车重计 3 吨,动能增量是 740kJ(约合 0.2kWh),光是动能就要加速大概 25s 的时间。但如果 SOC 还有 30% 再加上增程器,3.5s 就可以提供这么多的动能,然后以 120km/h 巡航 30.5s 后可以补回电池以 180kw 输出 3.5s 的电量(按 20kW 充电功率)。

不过从 120km/h 减速到 80km/h 这段,有文章可做。如果是通过急刹降到 80km/h,那大部分动能就浪费了。但如果只是松掉油门,停掉增程器输出,让车辆滑行,以动能驱动车辆,简化 120-80km/h 这段平动行驶功率为 30kW,则 0.2kWh 可以滑行 25s 的时间(基本跟加速反过来)。这段时间增程器空闲,正好可以给电池充电,大约是 0.4kWh(≌25s*60kW)。甚至比 80-120km/h 加速消耗的动能(或者说电量)还多!

不过踩刹车或者轻踩刹车,还有一个动能回收的功能会影响能耗。电池快充 30 分钟充入 80% 电量,可以得出电池充电功率可以达到 60kW(≌40.5kWh*80%/0.5h),刚好与增程器功率相当(所以其实 ONE 的快充是水到渠成?)。假设动能回收消耗动能的功率是 30kW,与驱动功率 30kW 一起导致滑行时间变成 12.5s。纯动能的回收比例假设是 50%(可能严重低估了?),动能回收充电为 15kW,大概可以回收 0.05kWh 的电。而增程器可以配合以 45kW 发电,这部分是 0.15kWh 左右,加起来刚好是 0.2kWh,可以满足动能差值的需求。

意思就是说,你从 80km/h 加速到 120km/h,然后松掉油门滑行回 80km/h,差不多电量是不会下降的。但……上面都是只片面计算了动能,考虑到加速的效率问题,实际消耗能量再高出 50% 可能会更准确。但这 50% 可能无伤大雅,就过了。(有一个相关百分比:0.5*2400kg*(100km/h)^2/(220kW*6.5s)=64.75%)

最后,我们假定一辆 ONE 被开到 0 油 0 电(0 格电的时候还有 3 度保命的电量),终于到了加油站,加满 45L 95 号汽油。这时候会怎样呢?超低电量的时候,据说会增程器持续发电给电池充电到 20%(约 8.1kWh),这要停车热机 8 分钟(约 3L 油),或者 120km/h 巡航 20 多分钟,或者 90km/h 巡航大概 12 分钟。

所有车都会面临力有尽时的状况,只要你不停的压榨车辆的功率。但也可以看到 ONE 虽然增程器虽然只有 62kW 的额定功率,但这还是比 120km/h 的行驶功率要大很多的。只要不是故意通过急刹来消耗电能,遵守公路限速,那么行驶过程中补电的速度是相当够用的。

如果一条高速需要你不停地地板油加速到 120km/h 然后又急刹停,可能车没坏,我的心跳先坏了。


超高速巡航能直接干废电池吗?

一不小心在上面说过了,一直 172km/h 确实可以把电池干到只剩 30%,但通过限速到 150km/h,可以避免电量进一步降低。这种超速的事情,就过了。


存在用光电池也上不去的山路吗?

说到山路,必须说到坡度。坡度就是垂直爬升高度与水平前进距离的比值。比如 5% 坡度就是水平跑 100 米,高度上升 5 米。高速公路的设计最大坡度是 5%(实际可能有 6% 的超长坡),国道设计最大坡度是 9%(或者 10%?)。与坡度相关的还有设计最大车速。

爬坡有一个额外功率需求就是克服重力做功,变成势能。反过来,下坡时势能也能参与做功,如果综合功率大于行车能耗,那就会导致车速越来越快。

爬坡的功率很容易计算,跟车速成正比,跟坡度接近正比。我们可以先看几个表格。一个是以后理想 ONE 按坡度设计时速的势能功率:

理想 ONE 按坡度设计时速的势能功率

另一个是速度一定时只用增程器能爬升的最大坡度:

只用增程器能爬升的最大坡度

还有中国一些比较出名的长坡、盘山路的数据:

一些长坡、盘山路的关键数据与能耗

可以看到,限制只允许增程器发电而不消耗电池电量为标准,90km/h 可以爬大部分高速(标准设计不超过 5% 坡度),60km/h 可以爬大部分国道(标准设计坡度不超过 9%),甚至 30km/h 在重庆高达 15% 的坡度也没有问题。

两条超长高速长坡,以 80km/h 的速度是完全不会掉电的,更别说另外一条可能限速低至 40km/h(实为下坡限速,不知上坡限速是否相同)。中间两条盘山路,不考虑转弯速度的限制,以 60km/h 的速度跑下来,基本上都不会掉电,后一条以 30km/h 跑下来也压根不会掉电。而盘山路实际上弯道超多吧,车速可能也就 20km/h 上下。所以呢,在等级公路的坡道上,在比较安全的车速下,压根不需要电池参与。当然我们可以假设一种极端情况:增程器只能满足巡航能耗,需要电池来克服重力做功。即使这样,以上几条公路也只会消耗不超过电池 40% 的电量(约 16kWh)。

爬完坡之后,如果是盘山路,接下来更可能是下坡,这时候动能回收就要开始充电了;或者接下来是比较平坦的公路,我们已经知道 120km/h 以下的充电速度还是比较可观的。不要跟我说接下来还是上坡,如果接著又要上坡的话,那坡长公里数可能就不是 27 公里而是 50、100 公里了。

或许有人说,你上坡的时候还能加速吗?假定 5% 坡度,目标速度 80km/h。以平地 240kW 实现 0-100 加速需要 6.5s 来算,平地加速到 80km/h 需要大概 4s。假定加速过程势能做功为 30kW(参考前面表格中 5% 坡度 80km/h 功率),实际可用加速功率相对 240kW 降低 1/8,实际加速时长约为 5s,消耗电量为 0.25kWh(=180kW*5s)。即使不考虑减速过程的充电,以 40% 电量的 16kWh 也能支撑约 60 多次 0-80 加速。此后以 80km/h 在 5% 坡度巡航的话,增程器大概还能提供 10kW 的充电功率,90s 能充回 0.25kWh 的电量。

除了这些超长坡,可能非等级公路还有更陡的坡。但这些坡,一般也不会太高。只要不太高,电池撑过一阵就会是下坡,就有动能回收。然后总路程一般也不会太长。也不要说路可能会很烂,越是烂路,车速越慢,增程器越能发足电量。

当然爬坡可能不是只算功率就可以,理想 ONE 实际能上多大的坡度也不好说。

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