電動汽車電池“減重”flag:先讓跑車瘦下來

電動汽車電池“減重”flag:先讓跑車瘦下來

編譯 / 張 鷗

編輯 / 張霖鬱

設計 / 趙昊然

來源 / The Drive,作者:Lawrence Ulrich,題圖:Lucid

一直以來,車迷們通過一套幾乎牢不可破的定律來評判跑車的優劣勢——更火爆的動力和更輕的重量往往更深得人心,它們能夠帶來最佳的靈活性和駕駛體驗。

直到電動汽車的出現開始顛覆舊觀念。

對於傳統汽車來説,輕量化的目標是提高內燃機汽車的燃油經濟性。然而,從內燃機汽車到電動汽車的過渡改變了輕量化工作的目標和設計考慮。

保時捷Taycan這樣的電動車型將馬力和扭矩提升到了難以想象的高度,但部分車型的重量卻超過了5000磅(2.26噸)——電力與體積成正比的電池組成為了電動汽車無法擺脱的“包袱”。

以保時捷和通用為例,汽車製造商正在努力研究電池重量與功率之間迷一樣的關係。

圖源:保時捷

電動汽車電池“減重”flag:先讓跑車瘦下來

對於跑車來説,3000磅(1.36噸)左右的重量已經漸行漸遠了。

事實上,即使是今天的內燃機驅動跑車也只能勉強做到這一點:911 Turbo S的重量超過了3500磅(1.58噸),而且是在搭配輕量化套件的情況下。一輛GT3——保時捷的重量級明星,重達3222磅(1.46噸)。

目前,價格不高的混合動力車型最接近這個數字,它們使用較小的電池和電機來與汽油發動機搭配。

邁凱輪的工程師設法完全抵消了Artura的287磅(130公斤)混合動力硬件,包括194磅(88公斤)的電池。Artura的車身重量為3303磅(1.5噸),只比傳統的570S多一點。

Artura(圖源:邁凱倫)

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負責生產開發的執行董事達倫·戈達德(Darren Goddard)説:“實現汽車的重量中和非常重要。我們只在可以抵消的情況下增加電動汽車的重量,而且不會使駕駛體驗受到影響。”

儘管如此,這僅僅是插電式混合動力車,而100%的純電動汽車則必須把沉重的電池塞進每一個角落。

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加裝動力系統

目前,通用汽車正處於一個有趣的十字路口。

它在製造和銷售一些有史以來最值得駕駛的內燃機動力轎車,如凱迪拉克黑翼,但也已經半隻腳踏進電動革命的門檻。

通用汽車電氣化戰略總負責人蒂姆·格雷維(Tim Grewe)説:“電池組就好比房間裏的大象。你沒辦法置之不理,必須解決它。”

對於通用汽車的設計師、工程師和執行官來説,他們把事業都獻給了改進內燃機汽車。轉向電氣化就像開始鍛鍊新的肌肉,或者説,生長出一種全新的肌肉,然後學習如何使用它。

凱迪拉克首席工程師、凱迪拉克CT4-V和CT5-V黑翼之父託尼·羅姆(Tony Roma)回憶到,他被選中設計像Celestiq一樣的車型——該品牌的第一款電動轎車。

凱迪拉克Celestiq(圖源:凱迪拉克)

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羅姆説:“要用裝電池的汽車做燃油車能做的事情,需要很長的路要走,因為汽油是一種神奇的能量儲存裝置。這不是自以為是的主觀聲明,這是物理學,是客觀事實。”

儘管他也知道,汽油正在走向衰落。他説:“技術變化如此之快,10年後我們可能又會有一個完全不同的討論。”

然而,事實證明羅姆的估計可能有一點偏差。

2022年6月,在一年一度的古德伍德速度節上,從Lucid Air到保時捷718 Cayman GT4 ePerformance,一眾電動汽車都證明了改變遊戲規則的潛力。Lucid Air Grand Touring在速度節上贏下了最快量產車獎。

Lucid Air Grand Touring在2022年古德伍德速度節上贏得最快量產車獎(圖源Lucid)

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保時捷在4年前就設定了目標,決心將GT4 ePerformance瘦身到合理的3300磅(1.5噸),比Cayman GT4 Clubsport或911 GT2 RS Clubsport多300磅(136公斤)。最終的重量約為3500磅(1.58噸),如果採用碳纖維結構,可能會多節省160磅(72.6公斤)。

“沒有什麼比輕量級更昂貴。”保時捷客户賽車運動發言人霍爾格·埃克哈特(Holger Eckhardt)説,“我們可以開發一個3000磅(1.36噸)的Taycan,但你必須花費100萬美元——這不是正確的方法。作為製造商,我們必須找到更恰當的折衷辦法。”

電氣化篇章,保時捷的老手們開始不斷學習新的技巧。他們試着加裝AWD(all wheel drive,全時四輪驅動),實際上能夠使電動汽車更輕。

“為什麼你要加裝另一個動力系統來使汽車更輕?”福斯特説,“這是我們在開發初期的一大收穫。”

718 Cayman GT4 ePerformance(圖源:保時捷)

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首先要明確一下,接下來這段模糊的數學只適用於賽道駕駛:從100%油門到100%制動。

但是,通過前置制動動力學,保時捷瞭解到,驅動前軸可以使通過再生制動獲得的能量增加一倍以上,根據福斯特和埃克哈特的説法,這意味着可以少攜帶550磅(250公斤)的電池。因此,在勒芒賽車裏,一個“更輕”的電動GT4在理論上是可能的。

福斯特説:“比賽的每一分鐘,我們將從每個車軸上得到一千瓦時的回報。”

在一個完美的理想狀態下,這意味着在25分鐘的戰鬥中捕獲50千瓦時的能量,幾乎與80千瓦時的電池組中全部60千瓦時的可用功率相匹配。將這兩個數字相加,GT4 ePerformance就擁有了參加盃賽所需的110千瓦時。

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電力是一個控制怪胎

電動汽車的另一個特點是近乎無限的控制權,這是內燃機汽車無法想象的。

我們熟悉的電動汽車在電腦限制功率以保護脆弱的部件之前,只能管理幾次起步或部分圈數。福斯特説,GT4 ePerformance是第一輛可以在駕駛時間和最大功率之間無損切換的電動保時捷。

任何組件的熱狀態都不需要干預。這允許在603馬力的理想功率下運行一場完整的杯賽。或者,以1073馬力的功率運行大約18分鐘。再或者,以402馬力的輸出將賽道時間延長到45分鐘以上。

這種策略可以讓製造商為不同的賽車或街道應用優化汽車。

凱迪拉克Lyriq(圖源:凱迪拉克)

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保時捷在Cayman底盤上自下而上塞滿了電池,但這仍然沒有達到80千瓦時的電池組。將額外的電池整合到前軸上,也就是通常油箱所在的位置,就能做到這一點。Cayman目前的重心至少能夠保持穩定。

但是性能控制就不是那麼回事了。由於在磁力和扭矩方面的物理性質,電機正在打開感知和操控的新大門。

保時捷有史以來第一次能夠細微地監測駕駛員的加速和控制輸入,並調整操控行為——從入彎到出彎。GT4 ePerformance有10個操控設置。

通用汽車公司的格雷維對此表示贊同。在凱迪拉克Lyriq上,通用汽車已經在通過轉子的磁場每10微秒重新計算一次電扭矩,這些磁場基本上是通過齒輪比直接連接到車輪。這在內燃機動力裝置上是不可能的。

“因此,甚至在輪胎開始打滑之前,你就能讀到轉子內的電流。”他説。

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挑戰電池效率

關於電池,很少有專家相信近期的化學突破將大大減少重量。這使得電池和電機的效率成為首要挑戰。

Lucid公司因電機的小巧和衝擊力而贏得了聲譽。通用汽車和其他汽車製造商同樣大幅提高了電池和電機的每磅效率。

Lucid Air的組件非常小(圖源:Kristen Lee)

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“我們把電池和電機這兩個最重的部件,用技術來處理,使它們儘可能地小。”通用的格雷維説。

內燃機發動機將(最多)40%燃燒的化石能源轉化為前進的動力。汽車製造商正在將電動汽車的效率提高到90%以上。他們還可以重新獲得至少85%的制動能量。

“因此,電動汽車只有8%到10%的總能量損失。”格雷維説,“這是巨大的、改變遊戲規則的發展。”

保時捷的福斯特和埃克哈特稱,保時捷GT4 ePerformance中的電能相當於9升(2.4加侖)的燃料,這能夠使一輛保時捷電動賽車在賽道上運行半小時,而2.4加侖燃料的燃油賽車用只能3分鐘。換句話説,燃料消耗減少了,效率反而提高了10倍。

這些品牌正在技術的過去、現在和未來之間進行一場大膽的走鋼絲表演。


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