LAB技术控｜高速怎么就成了纯电动车续航之敌？

要说上半年有什么车圈大事，小米SU7（参数丨图片） Ultra量产版拿下了“纽北最速量产电动车”圈速纪录无疑是其中之一。

在此之前，纽北最速量产电动车的保持者是保时捷 Taycan Turbo GT，成绩7分07秒55。

而小米SU7 Ultra量产版以7分04秒957的成绩，就速通了纽北赛道，刷新了纽北新纪录。

比起亮眼的圈速成绩，这场测试有一个小细节也很有意思。

就是满电出发的小米SU7 Ultra一圈赛道圈速下来，电量消耗了接近一半，先不说这个厉害的放电功率水平。

小米SU7 Ultra量产版CLTC续航是630km，纽北赛道是20.832km。

粗略算下来在赛道上高速高性能刷圈的小米SU7 Ultra续航达成率相当感人，仅为6%左右…

虽然大家经常吐槽纯电车续航不靠谱，但是打了这么大折扣的续航表现还真不是日常生活中能够复刻的。

所以一个老生常谈的话题：为什么纯电车高速耗电这么厉害？

其实有很多原因，涉及电机、电池等三电的方方面面。

首先，就像燃油车的发动机一样，电机也有自己的高效工作区间，而超出这个高效工作区间之后效率就会逐渐下降。

比如电机在高速效率下降原因之一的弱磁问题。

听起来挺抽象，但其实并不难理解，比如通常纯电车上搭载的永磁同步电机，其基础转速由永磁体磁场强度决定的。

当电机需要的转速超过了基础转速，那此时永磁体磁场强度决定的基础转速就成了桎梏，这时候就要输入反向电流来削弱永磁体固定磁场，这过程就是弱磁调速。

比如当车速100km/h，电机转速 12000rpm时，电机仍处于基础转速内。

但若是需要更快转速就需要通入额定的弱磁电流，而额外的弱磁电流本身就会增加能耗，削弱磁场强度又会导致电机电磁转换效率下降，一来二去电机能耗就上去了。

除了这些直接的效率降低、能量损耗。随着电机转速上升，电机本身还会产生铁损铜损。

通常低速时铜损占主导，高速时铁损较多。

弱磁控制增加电流就会使铜损增加，高速行驶时随着电机功率上升，本身绕组电流密度增大产生的高温会产生铜损，这些反过来直接影响电机驱动效率。

高速状态下很多能量被电机白白浪费掉了，电池也是一样的道理。

高速行驶状态下，电机需要大功率输出，电池此时也需要大电流放电。

而电压不变的情况下，根据R = U/I，增大电流的结果就是电池内阻也在升高。

以常规的三元锂电池为例，通常 1C 倍率放电时，内阻约 0.08Ω，每小时损耗功率 3.2kW；

3C 倍率放电时，内阻增至 0.12Ω，每小时损耗功率会超过20kW。

对于电池本身而言，内阻产生的功率损耗并没有凭空挥发，而是转移成了热量。

所以一方面，大电流放电内阻升高增加能量损耗；

一方面，内阻升高，电池包热量上升，热管理系统加大工作量。

当电池温度从 25℃升至 45℃时，电池包液冷系统功耗会从 0.8kW 增至 2.3kW左右，直接翻了三倍。

而这些都是纯电动车在高速行驶状态下需要额外付出的能量损耗。

其实不单单是电池、电机环节效率下降、能耗增加，高速状态下刹车频率很低，能量回收系统也作用有限了。

通常我们城市道路驾驶每公里刹车大概 2-3 次，高速道路每公里刹车却不足 0.3 次，能量回收的机会就减少了。

此外比较反直觉的是，虽然高速道路速度更快，但城市工况下能量回收的力度其实是大于高速工况，这主要是考虑高速滑行时的舒适性。

比如特斯拉 Model 3 为例，城市工况每百公里可回收 3-5kWh 电能，但高速工况仅能回收 1-2kWh。

本身高速状态下电机和电池能量损耗就大，再加上动能回收效率低，纯电动车高速续航大打折扣也是理所应当了。

车企如何应对的？

不过既然纯电动车高速能耗增加、续航表现不佳，车企都是怎么应对呢？

比较直接的就是增加电机转速，像比亚迪汉L、唐L上搭载的3万转电机。

如此高转的电机却放在定位较家用的产品上，其实也是因为增加电机转速虽然有利于性能，但也拉高电机的高效区间，让高效区间覆盖更多转速也就变相增加了整体驱动效率。

此外，高转速电机还可以通过高转速低扭矩的方式输出同等功率，来降低能耗。

因为电机转矩和电机电流是正相关的，降低扭矩就是减少电流，减少电流就是减少能量损耗。

增加电机转速看似简单粗暴，实则对于车企来说也是需要解决很多技术难关，需要对转子本身、电机轴承、散热、动平衡等等方面提出非常高的要求。

比亚迪汉L上搭载的那台3万转电机，甚至用了碳纤维复合材料来包裹转子，这个设计细节和特斯拉Model S Plaid上的电机是一样的。

恐怕都是为了防止转速太高，转子本身在强大离心力的作用下不至于散架了。

除了提升转速，车企们还有一种方式是提升纯电动车高速驱动效率。

比如应用碳化硅功率器件、高度集成的电驱系统、通过实时路口感知对电机工作状态调节等等。

包括针对永磁同步电机的弱磁问题，还可以通过励磁电机来解决。

励磁电机是通过独立的励磁绕组产生磁场，磁场可通过调节励磁电流灵活控制，高速工况下也就不需要“弱磁控制”来增加能耗了。

对于一些豪华高性能产品，除在电机本身上下功夫，还可以通过增加多档变速箱调节电机工作状态，除了提升性能，也会降低高速能耗。

比如保时捷Taycan、奔驰CLA上都采用了两档变速箱，高速切换大齿比，可以让电机转速更低更省电。

大众印象中，燃油车和纯电车工作逻辑似乎是相反的：

油车低速费油，高速省油；电车刚好是城市低速省电，高速耗电。

其实，纯电动车高速状态相比燃油车不到40%的热效率还是领先的，只是城区低速状态下能耗优势更明显而已。

所以，对于纯电动车来说，提升高速续航表现也不只是狠抓驱动效率，能否提升电池能量密度也是重要路径。