每个人都会有梦想,但并不一定会去找实现的办法。
你和梦想之间,就只差一个实现了。
几乎在每家汽车企业的产品讲演会上,都能听到“绿色低碳环保“,“胸怀地球梦”的字眼,他们甚至动不动就要革命人类的出行方式,但当一纸《双积分管理办法》下来,才发现自己的产品甚至连政策都跑不赢,更不用谈伟大梦想了。
今天,紧接上一期新能源汽车的话题,我们来聊一聊新能源汽车和传统汽车的差别。
那些比传统内燃机车更多的“梦想”,都要往哪里去装呢?
所谓“梦想”,就是新能源汽车要比传统汽车多出来的那些东西,大多数情况下,至少会有电动机和动力电池,尤其是动力电池,会占用很大的空间。
按照法规要求的插电式混动纯电里程50km来算,正常的车型大概需要有10k·Wh大小的电池来提供电能,再按照业内做的比较优秀的125Wh/L来计算的话,那也就是约80升,相当于4只标准矿泉水桶的大小。
也就是说,你起码要在车上腾出那么多地方,才能和国家谈谈你的梦想。
那么,问题来了,把这些电池装在车上什么地方好呢?
纯电动汽车
我们先说纯电动汽车的情况,由于纯电动汽车没有发动机,前轴后轴上都没什么大的配件,所以电动机的位置很容易就腾出来了,电动机和电池相比,体积不算大。
但由于纯电续航里程要求在100km以上,所以通常电池体积要比续航里程50km的插电式混动车的还要大。
下面我们来看看几种常见的布置类型:
1)底板平铺形
代表车型:
1.Tesla Model S(电池容量75-100kWh)
2.比亚迪 E6(电池容量82kWh)
3.BMW i3(电池容量33kWh)
这种方式常见于设计之初就规划为纯电动的车型,因为在传统内燃机车型上布置这样形状的电池很不现实。
传统车型往往在车辆底部设计有纵梁,不可能在改型的时候取消掉,再有就是传统车型的车内的垂向空间很难去额外考虑增加一层电池的状况,加上电池包的话头部空间很容易就牺牲没了。
这种布置方式最大的好处,就是几乎不影响底盘以上的空间设计,并且具有重心低带来的操控性优势。
2) T字型式
代表车型:
1.BMW Active E(电池容量32kWh)
2.前途 K50(电池容量63kWh)
这种布置方式可以使用在传统车型改纯电动上,并且极大的保留了后备箱的实用性,也有较低的重心。
但也有遗憾,就是T的一竖占用了整条中央通道以及后排座椅下方,意味着第二排座椅中央会耸起一个很高的地台,后排只能变成双座的形式。
此外,这部分有限的空间往往也没有办法放下太大的电池,因为这种布置是以牺牲乘员舱空间为代价的。
雪佛兰 Volt(电池容量16kWh)
这点可以参考雪佛兰Volt后排的情况,虽然它是增程式的混动而不是纯电动,但它的电池也是T字型布置的,给车内空间带来的影响是一致的。
3) 后备箱式
代表车型:
1.Ford Focus Electric(电池容量33.5kWh)
2.MINI E(电池容量35kWh)
后备箱布置是传统车型改纯电动最容易实现的方式,因为需要做设计修改的地方最少,所以开发周期最短以及成本最低。
但这种方式会明显损失后备箱的实用性,并且带来一个比较大的重心变化,影响整车平衡。
此外,通常后备箱式的电池都会做成立式的,而不是平铺式的,因为平铺式的电池会过于接近车辆尾部,容易在被追尾时引起电池起火,而立式的可以放在后轴之前,那个位置最安全。
4) 弹匣式
蔚来 EP9(54kWh)
这种布置方式设计的初衷主要是为了从侧面快速更换电池,更多地是考虑这台车竞技性方面的需求。
首先,布置在边梁上影响了上下车的便利性(赛车并不在乎);其次,没有边梁的框架结构提供整车刚度(可以从其他地方添加笔墨设计回来);然后,车辆发生侧碰时电池暴露在最外侧有起火风险(这车反正不能合法上路可以不讲究)。
据说8分钟就可以完成换电池,而快速充电需要45分钟,这种布置方式我觉得更多程度上是为了作秀,实际意义上来看的话劣势比较多。
快速换电池方面,我见过更厉害的,一些低速电动车的动力电池就直接安装在座椅底下,把座椅一翻一换一插电3分钟就搞定了。电池用的还是相当标准化的铅酸电池,12V人畜无害。
当然啦!这种基本安全保障都不具备的低速电动车是不属于汽车范畴的,另当别论。
插电式混合动力汽车
接下来,说说国内新能源车型中另一种主力车型——插电式混合动力的动力电池。
混合动力,意味着发动机依然保留,电池额外还要塞进车里去。试想一下,车上究竟有哪些地方是能够塞动力电池的?在这里,我写一个空间公式:
车上能放电池的地方
=汽车的外部轮廓
-汽车内部使用空间
-碰撞安全敏感部位
这也就意味着,其实和纯电动车一样,车上能放动力电池的地方,还是那么些地方,基本上也就是四个轮子之间安全笼之内。
所以,大体来看,插电式混合动力汽车的动力电池布置是和纯电动车相仿的。也主要是底板平铺式、T字型式、后备箱式这三种,而弹匣式的优点是快速更换电池,插电式混合动力汽车有汽油作为后备能源,所以压根就没有快速换电池的需求,自然也就无需采用弹匣式这种方案了。
下面,我们也来看看一些具体的例子:
1) 底板平铺形
代表车型:
1.BMW i3增程版(电池容量33kWh)
图的上半部分是纯电版本,作为对比参考。
2.比亚迪 唐(电池容量18.4kWh)
3.BMW X1新能源(电池容量10.7kWh)
这种布置方式依然说明同一个问题,就是车型在设计之初就必须是考虑了新能源版本的产品规划的。
其中,i3有纯电版本,增程版就是增加了一个两缸的发动机和一个小油箱(等于是一个发电机),比亚迪唐本身就是只有混动车型的,X1有内燃机版本情况比较特殊,再展开分析一下。
这一代插电式混动X1为什么能够做一个这样的电池?
电池大小只有10.7kWh就能满足60km的纯电续航里程,电池可以比纯电的车做的更小,放在一台SUV的底盘下面并不会毁掉车内的乘坐空间。
这代X1改为了前驱平台(如果把之诺E1考虑进去的话上一代X1就有前驱版了),底盘下面不会硬生生地存在一根传动轴,而这款X1的四驱是通过混动的P4方案实现的,即后轴的电动机独立驱动后轮,不需要连一根机械轴过来了。从图片上看到,排气管已经为动力电池让道了。
2) T字型式
代表车型:
BMW i8(电池容量7.1kWh)
严格意义上来说,i8的电池形状是“1”字型的,只有一竖,一横的位置是一个42升的油箱。但由于对整车空间的影响类似于T字型式,故姑且并入这一分类。
别克 VELITE 5(电池容量18kWh)
别克 VELITE 5其实是雪佛兰的第二代的Volt国产化以后换标别克的产品,产品升级后,从第一代的增程式(即发动机只能发电不能驱动车轮)变成了现在的混联式混动,高速行驶效率更高。但是,电池的布置依然延续上一代的设计思路,做成了一个T字型。
图:电视剧《欢乐颂》里,5人乘坐四座保时捷帕纳梅拉的场景
这种布局除了强行要坐5个人的时候有点小尴尬以外,其他都还蛮好的。
3)后备箱式
代表车型:
1.比亚迪 秦(电池容量13kWh)
2.凯迪拉克 CT6 Plug-in(电池容量18.4kWh)
3.BMW 530Le 老款F18(电池容量14kWh)
后备箱式的在上面纯电部分也说过了,属于内燃机车改插电式混动最容易实现的方式,也是成本最低的做法。
这种布置方式缺点也很明显,后备箱空间小,并且整车重心高。尤其像凯迪拉克CT6、BMW 5系这些前置后驱布局的车,有一根传动轴的存在,很难把电池布置到地板下面去。
然后,高潮来了!还记得文章开头那张驴驮着两个背包的照片吗?
宝马似乎从这张图片上受到了一些启发(开玩笑的),采用了一种新的马鞍式的动力电池。
4) 马鞍式
代表车型:
1.BMW 7 iperformance(9.2kWh)
2.G38全新BMW 5系插电式混合动力(电池容量13kWh)
其实,这种马鞍的形状本身没有什么创新性,因为原来的油箱也是这么干的,对于后驱或者机械四驱的车来说,基本上也是长成这个模样的。
因为只有后排座椅的下方才能完整地布置下45-80升体积的油箱,那个位置也最为安全,受到车身框架的保护。
现在倒好了,动力电池占了这个地方去了,那么油箱该去哪里呀?
油箱自然就跑到了后备箱附近去了呀!
拿G38的全新BMW 5系插电式混合动力为例,大概是上图的这个位置,由于是插电式混合动力,工况油耗计算下来只有1.9L/100km,所以油箱设计的也不大,为46L,满电满油单次已经可以跑650km了。
这样的设计,等于是把一个大约120L的动力电池包,从后备箱里换出来塞到了油箱的位置,然后由于不再需要原先那么大的油箱了,再把一个46L的油箱,又换到了后备箱里。
这样子,进行了一次乾坤大挪移,为后备箱释放了约70L的储物空间出来,同时还把整车的重心降低了。一举两得,你说惊喜不惊喜?
没有对比,就没有伤害。我们横向对比一下5系的竞品A6L e-tron和凯迪拉克CT6 Plug-in的情况。
全新BMW 5系插电式混合动力
(电池容量13kWh)
纯电续航:61km
油箱:46L
后备箱容积:400L
A6L e-tron
(电池容量14.1kWh)
纯电续航:50km
油箱:55L
后备箱容积:307L
CT6 Plug-in
(电池容量18.4kWh)
纯电续航:80km
油箱:59L
后备箱容积:310L
其中,A6L e-tron为扁平的动力电池包,占用了部分备胎空间,所以备胎被取消了,替换为充气泵和补胎液。
CT6的电池包是后备箱立式的,和上一代F18的5系530Le电池包相似,会很大地影响后备箱的纵向空间,而且18.4kWh的电池容量有些过剩了,纯电续航80km对于现行政策来说,有一些设计过度了。
就目前来看,三款车对于动力电池布置的设计,可以说G38的5系新能源在总布置的合理性上明显胜过了其他两款车,不光体现在尽可能保全了后备箱的使用空间,还有对整车操控性能的贡献上。
但明年或者最晚2019年,奥迪A6L也将迎来换代,能否带来新的惊喜也不好说;凯迪拉克CT6算是初代作品,今后也还有很多机会去迭代;奔驰目前还没有放出做插电版E-class的计划,今后的变数依然会有很多。
对于这些豪华汽车品牌来说,怎么让一台新能源车在除了油耗以外的其他地方,保持和内燃机车的表现相齐平或者更优秀,将永远是一道重要的考题。
所以,今后这个级别的市场上会不会出现更合理的动力电池布置解决方案,现在还不能盖棺定论。
或许几年以后,电池能量密度会有更大的突破,电池的大小将缩小到更惊人的地步,那布置电池的问题或许也就不再是问题了,甚至“为什么要有内燃机?”会成为最大的问题。
但结合上一篇的内容,我们从另一个角度可以总结一个规律:在行业竞争之中,不是随随便便就可以领先的。
之所以宝马能够率先拿出这样一种奇妙的解决方案,一要得益于其对驾驶乐趣孜孜不倦的追求,一直围绕着操控这个诉求在打磨产品;二是由于其长期在新能源领域的投入和探索,让其积累了大量的设计经验,才能厚积薄发,并且触类旁通。
说完了新能源汽车的电池布置问题,下一篇我们将会和各位聊聊:为什么造汽车的动力电池会那么困难?
难道一节金霸王不够用吗?