9月18日,特斯拉发了一条官微:Model Y是目前全球能耗最低的SUV之一,EPA工况下每度电可行驶6.1公里,60度电跑出了100度的效果。

乐道L60低能耗技术解析

有人戏谑,为什么特斯拉要赶在9月18日这一天发?

可能是因为,9月19日发布的乐道L60即将取代它的位置,成为能耗最低的中型SUV(车长4700-5000mm之间的中型SUV)。以工信部官方数据为准,19寸轮圈版本的乐道L60百公里电耗为12.1kWh/100km,低于特斯拉Model Y后驱版的12.5kWh/100km。

售价也出来了,标准续航20.69万元、BaaS租电只要14.99万元,每月租电费用599元。再考虑到付四送一,实际每个月只要480元左右。14.99万把一辆低能耗、能换电的20万级中型纯电SUV开回家?这太有吸引力了!

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请注意,工信部能耗数据依据的是“实际充入的电量”。考虑到充电损耗,“实际充入的电量”大于“可用电池容量”,所以工信部能耗数据会比CLTC里程和电池容量相除算出来的数值要大。

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曾经的能耗王者特斯拉Model Y被国产品牌超越,这似乎有点难以置信。是不是哪里搞错了呢?是不是乐道L60比Model Y更轻、更小、动力差一些,所以能耗才低的呢

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巧得很,我正好把数据给统计了一下。

从表中可以看出:和Model Y相比,乐道L60车长了78mm、宽了9mm、轴距长了60mm,仅车高少了8mm(一般来说,只比较长、宽、轴距,很少比较车高);电机功率也大了20kW。

整体来说,乐道L60和Model Y的尺寸相似,各方面都略大一些,而整备质量却少了26kg。由此可见,乐道L60的能耗做到比Model Y低,这是实打实的硬功夫,值得去探索其中的奥秘。

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要理解低能耗怎么做到的,我们首先要来看一下汽车行驶动力学方程:

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尽管这个公式很简单,但大家可能还是不爱看。于是我整理了一下:消耗的电能 = 动能 + 重力势能 + 摩擦生热 + 风阻生热 + 车内损耗与消耗。

这下就非常清晰了,所消耗的燃油/电能,变成了可回收的机械能与不可回收的动能,以及车内的损耗与消耗。

  • 可回收的机械能 :动能 + 重力势能,可应用电制动来回收的能量。
  • 不可回收的热能: 车轮滚动摩擦生热 + 风阻生热,此为外部因素。
  • 车内损耗与消耗: 电驱动系统损耗、机械传动损耗、车内空调/车机等用电消耗,此为内部因素。

这么一列出来,降低能耗的方法也就显而易见了: 提升制动能量回收效率(回收)、降低滚阻和风阻(外部因素)、降低车内损耗与消耗(内部因素)

一、降低滚阻与风阻

咱们先来看外部因素:降低滚阻与风阻。从公式可以看出,滚阻与车重m、滚动摩擦系数f有关。车重涉及的是整车轻量化技术,牵一发而动全身。乐道L60比Model Y车身大了一小圈,电机功率也大了20kW,为什么整备质量还能低26kg?

原因之一就是用上了900V高压SiC电驱动技术(最高电压925V),使这台240kW电机的质量功率密度达到了3.48kW/kg、体积功率密度达到了8kW/L。算一下,就知道这套240kW电驱动系统的重量大概是69kg,仅这一项就比Model Y轻了26kg左右 —— 你说巧不巧,正好就是两车的整备质量差值26kg

高压技术还能允许高压电缆直径缩减30%,线束减重50%,这又挣回来几公斤的重量。

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原因之二就是乐道L60作为2024年的新车,白车身方面用上了不少新材料新工艺。说到这里要科普一个概念:轻一点是好,但为了追求轻而降低车身强度,那断然不可取!

行业里用“轻量化系数”来评价轻量化水平,轻量化系数L = 白车身骨架重量/(车身静态扭转刚度Ct × 轴距 × 轮距)。车越轻越好,但抗扭能力越强越好,综合起来就是轻量化系数越低,那么水平就越高!

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欧洲白车身会议EURO CAR BODY(ECB)历年轻量化系数汇总如下,平均水平在2.5至3.6之间徘徊。乐道L60的白车身系数做到了2.3,在这个价格区间里的水平非常高!这说明乐道L60在追求轻量化的同时,并没有降低白车身强度。这倒也在意料之中,毕竟蔚来本来就是用铝的高手。

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滚动摩擦系数f则与轮胎类型关系紧密。仅对比乐道L60本身就能看出来:20寸轮圈版本比19寸版本少了30公里续航,主要原因就是轮胎类型不同、滚动摩擦系数不同。续航555公里的乐道L60采用了行业最低滚动阻力的轮胎,比Model Y的轮胎低了8%左右。

除此之外,乐道L60还实现了同级最优低拖滞的制动卡钳(0.7Nm)和同级拖滞力矩最优的轮毂轴承(0.6Nm),把续航从细节中给抠出来。

看过滚阻,咱们再来看看风阻。风阻与车重无关,与风阻系数Cd和迎风面积A相关。乐道L60全车造型精细化降低风阻,实现了120km/h下的超低风阻系数Cd 0.229,全球量产SUV最低。

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风阻到最后就是抠细节,追求的是小数点后面两三位的优化。换一个角度,将每一次的风阻系数优化转为了增加的续航,就更加直观。例如:AGS主动进气格栅增加了9.8公里续航、低风阻轮毂造型增加9.8公里续航、纯平底盘设计增加7公里续航、一体式扰流尾翼增加5.6公里续航。图中的这11处降风阻设计,累计提升CLTC续航达53.2公里

值得一提的是,在追求风阻优化的同时,乐道L60并没有放弃对美的追求。从一个细节就可以看出来这一点,大部分车型的低风阻轮毂往往比较丑,而乐道L60的这个就还挺好看的!

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关于风阻,还有两点值得注意。

第一,乐道L60的低风阻,不仅是系数低,而且迎风面积也相对较低。乐道L60车宽1930mm,在纯电车中并不算宽;车高1616mm,在SUV中也不算高,由此得到的迎风面积就比较小。

这么一算,L60不仅风阻系数低,迎风面积也小,那么最终的风阻就少了不是一点两点啊!

第二,低风阻对续航的增益效应,在高速时更加明显!如下图,CLTC工况的平均行驶车速仅为37.7km/h。风阻与车速平方成正比关系,如果乐道L60的降风阻设计提升CLTC续航达53.2公里,那么它在高速上的提升效应更为明显。

乐道L60低能耗技术解析

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二、降低车内损耗与消耗

电池储存的化学能,无法全部用于驱动车轮转化为机械能。未转化为机械能的那部分,要么是车内的损耗(电驱动损耗等),要么是车内的消耗(制冷制暖、车机大屏音响、哨兵模式)。

车内损耗的大头就是电驱动系统,它的效率直接关乎着整车能耗高低。乐道L60采取了三方面措施来提升电驱动系统的效率:

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  • 全域900V高压系统:提升电压可以降低电流经过导线的产热损耗,从而提升驱动效率,这是显而易见的道理。同时,也可适当减少导线用量,以实现减重效果。至于轻量化对能耗的好处,已在上文分析。

乐道L60不仅电驱采用900V(最高电压925V)高压系统,热泵空调、PTC、车载充电机和DCDC全域均采用了900V高压系统。

CLTC工况并不需要开启空调,也就是说乐道L60只是为了提升应试成绩的话,空调压缩机并没有必要采用900V高压系统,但乐道并没有这样做。

  • 自研SiC模块的逆变器总成:相对于传统的IGBT,SiC模块能降低损耗,也是显而易见的。因为SiC模块的全称是SiC MOSFET,而IGBT则为Si MOSFET+BJT。在能量转换过程中,IGBT多了BJT一个环节,那么损耗肯定会比同等技术级别的SiC MOSFET要高。去年与朱校长、绿芯频道许政前往蔚来XPT工厂,在研发试验室就看到了蔚来正在测试SiC模块,现在首发用在了乐道L60上。
  • 电机设计优化:自研900V连续绕组平行轴永磁同步电机,CLTC工况最高效率97.5%,综合效率92.3%。蔚来从第一辆车开始就是自研电驱系统,这么多年技术经验积累下来已经比较成熟了。
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乐道L60也有四驱版本,采用的是一款900V前同轴异步感应圆线电机,峰值功率100kW;自研逆变器总共采用的是1200V IGBT功率模块。

仅从技术参数来看,前电机的技术不如后轴的主驱电机先进。但是,我不认为这是什么问题,相反这恰恰是我想称赞乐道的地方,原因有两点:

  • 前异步感应、后永磁同步的四驱构型很合理:永磁同步电机的平均效率高,但在不输出扭矩时铁芯材料还会有磁滞和涡流损耗(俗称铁耗),因此不依赖离合器的双永磁同步电机难以实现“一个电机工作、一个电机休息来提升效率”的工作模式。感应电机不通电就没磁场,所以没有铁耗的问题。大部分情况下由后驱永磁同步电机工作,感应电机歇着就行,所以前电机不用SiC模块省点成本,我认为挺好的。
  • 一大一小配置很合理,四驱不只是为了动力:众所周知,蔚来坚持全系四驱。确实,高端车的四驱版本比较多,但我认为主要并不是为了动力,而是每个轮子都有驱动能力,从而更好地利用地面附着力,不仅实现更强的极限动力,更重要是实现了更强的行驶平顺性和稳定性。为实现后面这个目标,前电机真没必要搞个200kW,100kW足够了!

电机小一点,重量会低(有利于能耗)、体积会小(有利于座舱空间)、成本会低(有利于价格)、效率会高(有利于能耗),这真的不错啊!乐道L60的四驱版本百公里能耗为12.7kWh/100km,仅比两驱版本高0.6kWh/100km,这么小的差距正是源于这套合理的设计。

乐道L60肯定是两驱更受欢迎,但我个人建议如果价格差得不太多,也可以上四驱!

高压的电驱系统是用电大头,现在已经优化到比较极限的水平了,再努力也榨不出多少油水了。我们可以目光转向低压系统,包括车机、大屏、车机、氛围灯、控制器等等。

虽然这么多加起来也只总用电量的占5%左右,但努努力还是能榨出油水的,努力的方式就是把工作给做“细”。乐道L60精确控制低压电力网络,电流控制精度达到10mA。

还有一点是与SkyOS·天枢系统紧密相关的。上个月蔚来发布SkyOS·天枢,概括来说就像是练武之人打通任督二脉,身上的每一块肌肉想怎么用就怎么用,可以摆出各种高难度姿势!

反过来,身上每块肌肉,想怎么不用就也可以怎么不用,不用的就关掉,从而就省电了!也就是说,SkyOS·天枢对所有的电路、电流、负载进行精细控制,可精准管理129个独立能耗控制场景。做细了,浪费就少了,能耗就低了!

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总的来说,换电作为纯电车的补能方式之一,其效率比充电高得多,但是如果车子能耗不够低、单次续航不够长,那一定程度上还是削弱了换电的优势。实际上,“低能耗+换电”才是王道!乐道L60抛掉了“高端”的包袱,在追求低能耗方面可以做到了“持家有道”,补能竞争力将大为提升,“加电比加油更方便”会让更多人信服。

乐道L60的一些技术,我认为也可以“反哺”给蔚来。900V高压系统就不用说了,蔚来NT3.0肯定会用上。我想特别指出的是100kW小功率前电机,蔚来可以拿来做四驱车型的较低功率版本,应该会受欢迎!

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