2023年12月,新一轮媒体“冬测”拉开帷幕,莎士比亚在《威尼斯商人》中有一段经典论述:“外观往往和事物的本身完全不符,世人都容易为表面的装饰所欺骗。 ”因此,面对甚嚣尘上的“电动汽车不过山海关”的言论,大家都执着于将新能源车带到北方极寒地区这一“严寒试炼场”以检验其冬季性能。但这次的故事却没有按照预想之中发展,当某行业媒体的冬测结果发布后,几家欢喜几家怒,引来了品牌方及其他业内人士的口诛笔伐,这次新能源车的“冬测”变成了一出“不科学,不严谨”的闹剧。
在表明观点之前,我们必须首先深刻地剖析,影响冬季新能源车使用情况的核心要素,到底是什么?早先曾有媒体试图统计电动汽车在北方极寒冬季环境下的常见问题,内容五花八门:有人早上急于上班或赶时间,车辆却迟迟无法启动;有人车辆充电一晚,明明已经充满却还是掉电快等等。这一切背后的原因,归根结底其实是因为新能源车在北方冬季,始终有一项多年来难以攻克的难关,那就是“电不耐用”。而“电不耐用”这一问题又可以具体拆解成 “开源”“节流”“储备”三个因子。
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首先一起来看一下新能源车的用电“节流”环节,也就是电池的充放电这一基本动作。我们都知道,电池的作用就是把输入的电流,通过电池的活性物质进行化学转换,成为可储存的化学能进行保存,在电动车启动的时候再把化学能转换为需要的电流释放,而这个工作状态就是电池一次完整的充放电过程。目前市场上无论哪种动力电池类型,其工作原理都是相似的。
锂离子电池工作原理(动图)
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当电池温度低于正常工作的温度区间时,电池电解液黏度增大、正负极材料活性降低,相当于游泳池当中的“清水”变成了“泥潭”,导致锂离子在游动时,内阻增大,游泳的速度降低,相同工况产热损失随之增大,电池电量自然也会同步减少。由此用户使用的直观感受便是,电池在冬季耗电很快。
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对于新能源车来讲,冬季不但没办法“节流”,还增加了很多“开源”的需求,其中最明显也是最主要的,就是空调的制热功能。开惯了传统燃油车的消费者应该知道,燃油车可以利用发动机产生的高温实现对车内温度的提升,在这个过程中并不会启动压缩机,因此几乎没有能量消耗。但在电车时代,没有了发动机的高温相助,制热就显得麻烦起来,虽然电动车在行驶运动时也会产生一定的热量,但不足以满足空调制热的能量需求。目前,行业内比较通用的方式是PTC加热,PTC的具体释义比较复杂,通常是指正温度系数热敏电阻,简而言之就是超过一定的温度时,它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高,至多能达到百万倍,从而实现加热的功能。所以我们不难看出PTC空调的优点:加热快、结构简单、制造成本低,但PTC的缺点也很致命,就是能耗比较高,空调越热,证明电阻值越高,电流就会减小,想要保证热量就需要耗费更多的电量来实现。
最后,我们来谈一谈关于新能源电池的电量“储备”。目前市面上新能源汽车的主要电池类型以磷酸铁锂电池与三元锂电池为主。其主要差别在于电池能量密度、充电速度与热稳定性等。相对来讲,三元锂电池能量密度更高,磷酸铁锂电池更加稳定。因此在低温状态下,三元锂电池更容易在单次测试中“出成绩”,而磷酸铁锂电池则更具有综合实力。在极限低温的状态下,二者之间的“硬差异”会被环境极限压缩趋同,而如果新能源厂家在电池身上采用了更为先进的能量保护技术,就能减少电池在极限低温状态下的衰减率。
从上面的分析不难看出,新能源汽车在北方冬天想要获得良好的出行体验,其实就是一个用电技术与低温环境对抗的过程。在纬度跨度极大的中国,东北地区的纬度已接近寒带,而在大兴安岭、长白山地区,高海拔带来的超低温环境,就像是大自然给新能源汽车工业出的一道考题。各大汽车品牌八仙过海各显神通,努力研发新技术,想要突破这低温极限。但汽车是一套复杂的系统,尤其是放到寒冷的北方,冬季的温度、温差、湿度等户外环境更是充满了变数,想要控制测试中的变量愈加困难。故而到目前为止,还没有形成一套非常有效的测试标准,同一款产品在不同的测试中由于环境因素的影响,产生的结果也大相径庭。冬测结果会产生巨大争议的根本原因也是如此。
中国汽车工业协会秘书长助理兼技术部部长王耀曾说过一段较为公允的话:新能源汽车性能测评是一个复杂的“技术活”,需要有专业的技术支持和严格的操作程序,包括专业机构人员参与等,这是确保测评结果准确性和公正性的关键。
中汽信科作为国家权威第三方机构中汽中心的子公司,为了更好地帮助消费者甄别出极寒地区冬季性能表现优秀的车型,洞察消费者冬季用车焦虑点,依托海量的消费者调研数据,从中提炼出了多项最能体现冬季新能源汽车实力的测试内容,创新打造出冰雪极限挑战项目——TOP Winter Challenge。旨在通过最科学与严谨的专业测试,吃透参测产品及品牌的核心技术,用足够细的颗粒度去为冬季新能源汽车的应用提供最权威的技术分析与结果参考,真正将冬测打造成尊重科学、尊重行业、尊重消费者的专业测试。现已有大量国内主流车企参与,通过此测试来考验车辆在严苛低温环境下的性能极限。
而TOP系列测试中的重中之重,正是“-30℃ 24小时冰封极限挑战”。这项挑战是专门针对于上文提到过的新能源汽车冬季核心问题——电能耐用性而设计的系列测试,依次通过“电池包冰水浸泡”、“整车冰封挑战”以及“极限低温续航挑战”三项叠加测试,分别对车辆的电池整体安全性能、整车供电抗寒性能和低温综合路况续航性能进行模拟极限真实环境的试验验证。
本次参与测试的是奇瑞星途旗下高端新能源系列,首款超舒适长续航豪华SUV——星纪元ET,在中国的极寒北境之城牙克石,星纪元ET成为行业内完美通过“-30℃ 24小时冰封极限挑战”的全部科目的首款车型,在三项挑战中均表现出了优秀的产品素质,展现了奇瑞一直以来强大的技术积淀。
60分钟冰水浸泡——无法渗透的安全高效储能
动力电池是由多种化学物质构成的组合体,具有高能量密度,其对工作环境的要求也十分苛刻,寒冷、潮湿、雨水、环境变化太剧烈等因素,都有可能影响动力电池的正常工作。另外,加之消费者用车的环境又具有较多的不确定性,如何确保新能源车产品安全,尤其是动力电池安全,成为众多新能源汽车企业面临的一道必答题。
因此,电池包浸泡测试是电动车型开发过程中必要环节,也是新能源汽车安全的核心指标之一,如果电池包密封存在缺陷,在一些潮湿、涉水的环境下,可能导致车辆绝缘故障,水进入电池包引起短路,从而无法正常行驶,严重的甚至会引发动力电池起火燃烧,甚至爆炸。针对电池安全,国家出台了一系列的标准,其中一条要求电池包需要在常温条件浸泡30分钟不泄漏,然而由于消费者用车环境复杂、用车条件多变,为了满足更高的安全需求,不同企业也会有自己的技术要求。
本次星纪元ET针对于电池安全性与密封性的冰水浸泡试验挑战,试验条件则更为苛刻,挑战要求将电池包从原先的常温浸泡改为浸入冰水混合物中,时长也从原来的30分钟改为60分钟,以考验在极限低温浸泡过程中电池包密封胶和橡胶结合处的稳定性和可靠性。众所周知,冰水混合物的温度是液态水能达到的最低温度,极限低温浸泡对电池包的密封部件会带来更大的考验。同时,60分钟的浸泡时间,比标准高出一倍,对电池包密封的稳定性、持续性也提出了更高要求。此种条件远超正常使用车辆时面临的极寒环境条件,并且在电池浸泡60分钟后,会将电池静置2小时再风干,装回整车,测试其是否可以正常运行。
此次参与测试的星纪元ET车型采用了磷酸铁锂电池,稳定性更高。整个浸泡测试全程由中汽信科工程师操作,媒体和用户见证。工程师将车开进实验室,拆下正常工作的电池,进行密封性和绝缘性检查,确保电池密封性和绝缘性完好之后,将电池完全浸入2.5x2x0.6m的实验池,在冰水中进行浸泡,浸泡时最高点低于水面 150毫米,整个过程持续60分钟。结果显示,星纪元 ET 的电池包经过长达 60分钟的低温浸泡后,外观完好。在风干之后,气密性和绝缘性检测均与浸泡前一致,重新安装到车辆上依然可以正常工作,此项实验顺利通过。
经受住了长达60分钟冰水浸泡的严苛考验的星纪元ET,充分展现出优秀的电池安全性和电池密封性。这是由于奇瑞在全面发展新能源过程中非常重视电池安全,构建了1+8+1的电池安全体系。其中针对防水,电池更是采用了远超国标48倍,整车超过国标3倍的严苛测试标准。星纪元ET电池包开发阶段曾经进行过严苛的耦合机械密封测试——电池系统经过36小时的综合振动工况后再沉水24小时保证电池包不进水;此外,还需要同步进行更严苛的冷热冲击测试,在0℃冰水浸泡4小时、60℃高温环境仓中静置4小时(转换时间不超过5分钟),连续12次循环后电池包不进水,实现了超级防水的优异表现。而星纪元ET在电池包的上盖与箱体间、底护板与箱体间均采用硅胶泡棉,这样不但能保证电池包腔内密封,同时保证底护板与液冷板间的密封,避免进水,给电池提供全方位的防水密封保护。
24小时整车冰封——-30℃仍可破冰启动的整车保护
在完成电池的安全性测试之后,这台星纪元ET被完全裸露地停放在-30℃的户外自然环境下,并通过水枪进行高压喷淋冰封24小时,挑战在整车被冻至极限的情况下,能否成功启动车辆。
车辆的密封材料有很大部分是橡胶部件,而低温又是橡胶部件的最大杀手之一,在本项测试中,将整车在室外低温环境下进行喷淋,可以很直观地测出车辆的密闭性是否良好,是否有水进入车身内;其次在真实的户外低温环境中,不仅水会覆盖在车辆表面,结成厚厚的一层冰,同时空气流动也带来了强烈的风冷加成,车身、底盘裸露部位同样遭遇严寒冰冻,整车电子电器(自动门锁等)、高压系统和动力电池等各零部件在极限低温浸车24小时后,可靠性同样将受到严苛考验。极限低温冰封叠加长时间浸车后,车辆能否正常启动,面临极大挑战;第三是极限低温喷淋冰冻后星纪元 ET还需要回到暖库解冻再行驶,能充分考核车辆橡胶连接件,润滑系统,塑料零部件、大总成等在冷热交变下的抗冲击可靠性。
结果显示,在经过 24小时的冰封禁锢之后,星纪元ET经受住了考验,不仅能够正常启动,车身也没有进水,且整车电子电器、润滑系统,塑料零部件、大总成等也没有出现任何问题,车辆还可以正常驾驶。
相较于行业主流采取的“冰屋式”的封闭式冰封测试,本次裸露冰封的试验条件其实更加复杂,也更符合日常用车情况,毕竟也没有消费者会给自己的车垒个“冰屋”。而且,本次试验地点位于中国冰雪之都牙克石,这里靠近北方国境线,测试期间室外环境温度低至-30℃,加上试验采用高压水枪持续喷淋,对车辆的密封性、结构件工艺水平、抗低温形变、冷热交变可靠性都提出了极高的要求。据悉,星纪元 ET工程师为了提升车辆的可靠性,对于大部分零件都做过诸多细致的品质测试。细节到门把手都要经历10万次冷热交变耐久试验,保证能正常开启伸缩、无异响。其企业淋雨防水性能测试(高于国标要求)也是成绩优异。这一切的背后,都源自技术立身的奇瑞品牌一直以来的默默积淀。
极限低温续航——“开源”与“节流”并重的超级电池技术
最后一项挑战,也是大家最为关注的低温续航测试。艾媒咨询2023年12月的调研数据显示,中国消费者选购新能源汽车最主要的考虑因素就是最大续航里程(约占51.3%)。在变化无常的自然环境下,这项最大续航挑战可能出现任何意外的结果,为了尽可能还原消费者日常用车工况,聚焦真正的低温条件,工程师为测试车辆更换了雪地胎,并将车辆空调设置为 AUTO 模式,温度设置在人体比较舒适的23℃。车辆在暖库充满电后出发,全程单人驾驶,经过国道、省道及山路等多种冰雪路面。工程师希望通过这样的测试设定,最大程度地测出星纪元ET真实的低温续航数据。
测试当天,牙克石气温低至-30℃。早上7点,工程师驾驶车辆出发,在经过了8个多小时的驾驶测试后,星纪元 ET 交上了一份出人意料的续航答卷:最终当表显续航为0时,车辆行驶里程为392km,平均车速为54km/h。直至电机停止动力输出时,共行驶了 435.9km,平均车速为51km/h。按照标准工况 760km 的续航计算,续航达成率为 51.6%,极限低温续航达成率57.4%,按照表显标准工况低温续航689km计算(温度越低,满电续航呈正比降低),续航达成率为 56.9%,极限低温续航达成率 63.3%;按照表显动态工况续航里程446km计算(车辆智能估算里程数),续航达成率达87.9%,极限低温续航达成率为97.7%。
一般来说,对新能源车型而言,-25℃是一条低温红线,大量测试表明目前市场上新能源车的低温续航里程达成率普遍为40%左右,而星纪元 ET却取得了超过50%的续航达成率的成绩,远超行业标准。在表显续航为0的情况下,星纪元 ET 依然可以维持一段时间内的动力输出,令人十分惊喜。
正如这世上没有无缘无故的爱与恨,能打造出优秀的产品也不是天上掉馅饼,星纪元ET能拥有优秀的低温续航技术,其背后是众多工程师夜以继日呕心沥血的研发与迭代。星纪元ET采用了SiC电机技术,相对于主流的高压硅基IGBT方案, 其在电流密度、工作频率、可靠性、降低工作能量损耗等诸多性能指标方面优势明显,基于碳化硅的800V电压平台控制器最大可降低整车能耗6%,同时还提高了电控效率,带来更多的续航里程和更短的充电时间。而星纪元ET搭载的“神行电池”,基于磷酸铁锂带来的更好的稳定性,在低温状态下,同样能够保证电机维持高功率输出能力,零百加速无明显衰减,更加增添了极限续航的可能性。当然星纪元ET也会满足不同地区场景需求,除神行电池版本外还会提供搭载三元锂电池的版本,其性能与技术同样值得期待。
另外为了解决空调的大功率带来的电能消耗,星纪元ET还特别采用行业前沿的双热源热泵空调(30合1高度集成)及智能热管理系统,双热源热泵空调系统是一种高效的空调解决方案,它结合了热泵技术和辅助加热元件(如电热器或燃料加热器)来提供加热服务,使得其在各种气候条件下都能提供舒适的车内环境,同时将能源效率维持在较高水平,这对于极寒情况下的续航保持具有重要意义。
TOP Winter Challenge作为行业内首个针对车辆在冬季极寒环境下使用情况的挑战项目,一直致力于用源于生活但高于生活的测试难度来帮助消费者遴选更适合自己的车型。在本次“-30℃ 24小时冰封极限挑战”中,星纪元ET充分验证了自身在超低温环境下的可靠性、稳定性、安全性,相信对于冬季的北方用户来说,它将会是一个值得信赖的好伙伴。
2024年1月,星途星纪元ET获颁“冬季品质极限挑战”证书。以优异的成绩成为首款通过“-30℃ 24小时冰封极限挑战”的新能源SUV车型,进一步彰显其行业领先实力。
在极寒这道考题面前,只有永不懈怠、勇于创新,才能将新能源车产品品质推上新的高度。奇瑞星途品牌一直致力于用领先的科技技术实力,引领新能源高端市场,从创新研发到科技普及,再到塑造未来出行方式,不仅展现了奇瑞星途品牌面对用户日益多样的用车需求的不断探索,也展现出自主汽车品牌不断向上推动中国汽车高质量发展的强劲力量。相信在未来,以星纪元ET为代表的自主高端新能源实力车型定能在新能源汽车发展的星辰大海中留下浓墨重彩的一笔!
