Tesla Model S VS Porsche Taycan VS奥迪E-Tron:Range效率

Tesla Model S VS Porsche Taycan VS奥迪E-Tron:Range效率

在本文中,我们将专门研究奥迪e-tron、保时捷Taycan和特斯拉Model S,并研究动力系统的差异,试图找出效率和里程差异的根源。

关于新的保时捷Taycan和奥迪e-tron已经说了很多。与特斯拉Model s相比,这些汽车的相对效率在很大程度上引起了人们的关注。为什么德国原始设备制造商似乎没有达到目标,他们的第一款电动汽车的性能没有超过老得多的美国车呢?有了他们丰富的资源和最新的技术,这似乎是不可能实现的。

保时捷在2.8秒内实现了0-100km/h的高速行驶,而特斯拉在不启动滑稽模式的情况下约需3秒,启动后为2.4秒。这两款车在直线加速方面的表现相当接近,这种水平的性能远远超过了普通司机日常驾驶的可用性,甚至是安全性。

还有什么推动的讨论是这些汽车的额定范围和相对成本。TESLA模型的长距离版本在EPA测试周期中提供大约365英里或325的WLTP范围。保时捷Taycan Turbo s(我不太喜欢在电动汽车上使用Turbo这个名字,但那是另一回事)管理256英里的WLTP和奥迪在WLTP的248.5英里非常相似范围。

特斯拉最大的电池为100千瓦时,奥迪的电池为95千瓦时,保时捷的电池为93.4千瓦时。所以你会期待一些不同,但不会有这么大的差距。

100英里的差距(近30%)似乎表明德国车的动力系统效率存在相当大的问题。当汽车的相对成本也考虑到保时捷超过15万美元和特斯拉低于10万美元时,特斯拉,尽管是一辆更老的车,从性能、里程和有竞争力的价格来看,看起来是更好的选择。然而,保时捷和奥迪真的大错特错了吗?当然,凭借他们所有的资源和汽车专业知识,他们应该能够设计出具有竞争力的电气化动力系统。

起初,我想知道是否范围的差异是因为事实上,保时捷和奥迪是墙了更多的电池容量比特斯拉。诚然,奥迪尽管标题电池容量95千瓦时,可用容量只有83.6千瓦时。保时捷也同样拥有93.4千瓦时的总容量,但仅允许83.7千瓦时的可用电量。简单地说,可用的车载存储空间减少确实解释了一些问题,可能占了特斯拉和奥迪e-tron之间30%范围差异的一半。

也有人问,为什么原始设备制造商不允许获得全部电池容量;这有几个原因,其中两个关键原因是:

  1. 稳定的刹车感觉-当电池充满时,不需要后退刹车。再生制动利用马达使汽车减速,然后产生电能,再回到电池中。如果它是满的,你必须关闭动力或向下冲击一致的刹车踏板感觉。
  2. 电池电池寿命 - 特别是在快速充电中考虑,而不是将细胞带到其容量限制,显着提高了它们的生命周期性能。

这两个问题在极端温度下都会加剧。我相信德国的OEM也在努力提供一致的,快速的充电体验,并且他们已经在新闻发布会上做了一些事情。也许充电时间是这些OEM关注的关键指标,屏蔽电池容量可以让用户更快地接受充电,最高可达100%的指示容量。然而,如果你的电池容量接近最大容量,你需要降低充电速度,甚至在电池容量完全达到100%之前停止快速充电。

接下来,我们将着眼于每公里效率评级来研究效率。许多评论员错误地将里程和效率等价,里程是电池容量和效率的函数,但你可能有一辆真正高效的车,但里程很低,因为它的电池很小。电动汽车的效率极其重要,远比内燃机汽车重要得多。更多的钱可以也应该投资在高效的动力总成组件上,以最大限度地利用电池,这样就可以生产更小更便宜的电池,从而进一步提高效率。

保时捷的WLTP能效数据为230 Wh/km,奥迪为283 Wh/km,但特斯拉只有210 Wh/km,考虑到现代科纳的能效数据为154 Wh/km,这对于一款相对较大的汽车来说是令人印象深刻的。

这三辆汽车可能会有一些基本的事情,这三辆汽车可能会有一些基本的事情,这两个德国制造商正在为每公里驱动而使用更多的电能。

首先,让我们先考虑是什么驱动了电动汽车的效率

  1. 电池和充电
  2. 牵引电机和电力电子
  3. 辅助系统
  4. 空气动力学
  5. 车辆重量和滚动阻力

让我们以相反的顺序从简单的东西开始。

重量和滚动阻力:保时捷重5121磅,略高于特斯拉的4941磅。奥迪是最重的,重5754磅。所以特斯拉在这方面有一个优势,因为更轻的汽车需要更少的能量来加速到给定的速度。减轻动力总成部件和电池的重量是未来电动汽车发展的一个大课题。

轮胎对滚动阻力的贡献很大,我们可以看到,在汽车轮胎尺寸上有很大的不同–特斯拉P245/35R21、奥迪P255/50R20、保时捷265/35R21前轮胎和305/30R21加宽的轮胎在操控性和牵引力方面更好,但滚动阻力更大。这是一个原因,为什么宝马i3运行的轮胎是如此之瘦,他们看起来像是从自行车上偷来的!同样,特斯拉在滚动阻力上的进一步效率提高来自于一个非常简单的设计选择。不过,奥迪和保时捷的轮胎将经过精心挑选,非常注重性能,尤其是保时捷。您可以在WLTP评级上看到这一点,在WLTP评级中,对于不同尺寸的轮胎,对于相同型号的车辆,使用更宽的轮胎可能会损失多达10%。

空气动力学:Tesla在滑过空气时也更好地通过拖曳系数为0.23 Vs的载荷0.25,虽然有趣的是Vanilla Turbo(argh!)具有0.22的低价CD。尽管模型的一些修剪了创造了负面Aero影响,但奥迪拖曳系数为0.28,比特斯拉高出20%(或非涡轮增压的Taycan).推动空气是最重要的能源消费者之一,每10%CD改善约2%的燃料节省。这使得奥迪和特斯拉在Aero绩效之间提供了4%的差异。

辅助系统:车辆上的所有支持系统,如暖通空调、冷却、转向等,都会消耗能量,而这种寄生的能量消耗会降低车辆的行驶距离。特斯拉汽车拥有一个高度集成的热管理系统,利用HVAC和动力总成冷却系统的标准组件,与其他车辆相比,这也相对较小。这意味着所有系统不可能一直都有充分的冷却功率,但很少需要这样做,除非你想在炎热的日子里使用最大的空调和满功率超过2-3分钟。

保时捷和奥迪在其车辆中制作了许多冷却系统。这些也是集成的共用电路,其具有比TESLA更高的冷却能力。已经说过,它们也都是使用完全可控的电动泵和风扇,因此如果在不如要求的WLTP测试周期下,它们不应使用更​​多的功率。

牵引电机和电力电子:理论上讲,保时捷应该是这一串汽车中效率最高的,它使用了两个发夹式环形永磁同步电机,转速为800V。保时捷还使用了一个智能的2速变速箱在后方,允许低速扭矩的车轮,以提高。他们似乎也避免了在电机中使用油雾冷却,这在发夹式电机中已成为常见的,以实现持续功率最大化;然而,它也引起来自油系统的寄生功耗。

Model S Performance后面有一个永磁同步电机,但前面有一个感应式电机,转速为375V。奥迪还有一对交流感应电机,有时也被称为异步电机,转速为396V。交流感应电机可以真正有效,但往往是更大和更重的等效功率/扭矩PM电机。中使用的点汽车保时捷也特斯拉(全面的模型中3)结合使用永久磁铁和磁阻效应带大型磁通密度变成一个小的区域,并将优秀的效率跨广泛的操作速度和加载。

特斯拉Model S电机布局

保时捷应该有最高的效率从PMSM电机使用800V允许电机电流明显减少给定的功率,因为欧姆损耗I2R。保时捷应该能够使用变速器转移电机,以保持它在其最佳位置运行,并给予更高的动力再生制动在较低的速度。即使他们没有采用变速器控制策略,2速变速器也可以让他们使用一个较小的电机为车轮提供给定的扭矩,在电机电流较小的情况下加速,同时仍然能够实现高速巡航。

电池和充电:奇怪的是,如果使用车载充电器,而不是直接在800V下进行车外直流充电,保时捷的800V系统可能会阻碍它。车载充电器必须将交流输入电源升压至800V,并将其转换为直流电;这意味着一个更复杂的充电器和一个额外的功率级,这将失去一些宝贵的效率点。也就是说,在800V直流充电应该比其他制造商的系统效率更高,因为减少了i2的运行损耗。充电策略也有助于解释奥迪的一些范围问题。他们大张旗鼓地宣扬能快速充电到电池的最大容量。相比之下,几乎每一辆电动汽车都不会让你在快速充电时达到100%,因为将高功率电池推向充电曲线的顶端可能对它不利。

保时捷Taycan剖面图

如果你看这些车的剖面图或电池图像,你会发现奥迪和保时捷的电池系统与特斯拉非常不同。特斯拉使用圆柱形电池,电池中嵌入冷却系统;基本上,一条蜿蜒的管子穿过S上的电池盒。然而,奥迪和保时捷的电池结构都比特斯拉要坚固得多,电池盒底部有大型冷却系统。与特斯拉相比,电池盒本身也更加坚固,电池模块更加独立和分离。

那么结论是什么

效率和范围之间是有区别的,虽然一个驱动另一个,许多评论员似乎交换了词,我认为这是令人困惑,或者可能是他们困惑的标志。

奥迪的动力总成可能是我的小姐;通过感应电机向市场推出新似乎很​​奇怪,特别是在这个价格点。在我看来,电机对于他们的表现相对庞大而且沉重,并且不代表现有技术的国家,尽管他们确实有一个非常复杂的冷却系统,我认为是一种整洁的设计。电池也看起来过度设计或者只是不太思考。考虑到隔离的每个元素,而不是用系统看待物品意味着它是一种非常大而沉重的结构,冷却不会在最重要的区域中做出这么多。虽然相对沉重,但在权力下,它们不会非常低效,所以这不是表现δ来自哪里。部分的重量来自绝对巨大的电池托盘结构,它们已经设计成在发生事故时保护细胞。凭借这种额外的重量,滚动阻力和航空,我们可以解释大部分实际效率赤字,占据了余量的余额和电池巨大净空的实际效率赤字,是咖啡馆的棺材中的最终指甲。

模型S Tesla仍然在一端使用感应电机,但M3现在是双IPM,MS很快就会升级。随着新加上版的最近看到抨击纽堡,甚至在后部有两个IPM电动机,在前面有一个,从而消除后差分(我们做了一个播客,讨论为什么这是件好事,也许特斯拉有人在听?).

在我看来,可能有争议的是,保时捷的动力系统确实非常非常好,尤其是后面的2速变速箱,但WLTP和EPA的测试循环显示,在续航里程和效率方面,这款车比同级特斯拉要差得多。

实际上,在这种温和的测试条件下,2速传输的资产将不会对其进行太多表现;它甚至可以进行循环效率更差,也许保时捷尚未考虑优化转换以最大限度地提高regen电源。我坚信,在更具侵略性的驾驶条件下,它将有助于提供出色的表现。还给出了这个周期优化导致了冰发动机的巨大问题,我很高兴保时捷保持这个功能。

保时捷不太好的地方又在电池上了。它有一个非常相似的安排,与奥迪非常坚实的结构和dropin模块的袋电池,使可用的空间利用率很差,冷却在错误的地方为袋电池。

从根本上说,尽管从纯电能转换为运动的角度来看,保时捷的IPM电机不会明显落后于特斯拉,但事实上,它们应该更好,而且肯定不是效率差异的原因。

关于冷却系统的寄生功耗,OEM自己在媒体上已经说了很多,但保时捷的冷却系统比特斯拉稍微大一点,与特斯拉并无太大区别,两款车都配备了高度可控的智能电动泵和风扇,以确保它们在正常驾驶条件下的工作强度。我不认为动力系统冷却系统的耗电量会对这三款车之间的WLTP效率产生巨大影响;不同之处在于其他方面。我认为两者的区别在于电池组内部的冷却系统设计。令人惊讶的也许是,虽然它远不是复杂的特斯拉的简单蛇形管,甚至M3的直管运行在包深处,将提供更好的散热比奥迪或保时捷的底板冷却。

一个明显的差异是轮胎。由于它的蒸汽滚筒粘性橡胶轮胎,保时捷无疑具有更高的滚动阻力耐钢橡胶轮胎。

我相信保时捷也在稳妥地使用它的再生和电池净空战略。他们和奥迪都公开详细讨论了动力系统热管理,认为这是特斯拉的一个弱点。从根本上说,两辆车的电池本身的设计都是一个弱点,如果你可以这么说的话。但我觉得有趣的是,保时捷的重量与特斯拉非常接近。如果他们能创造出一种更优化的电池,我敢肯定他们能节省相当大的质量。可能多达100公斤的汽车通过优化的设计结构,使热力系统更加战略性地嵌入包的一部分,减少铜和布线内容通过提高母线设计的模块的结构元素而不是把到位。

奥迪和保时捷希望在各种可能的操作场景中提供超级一致的性能,并且它们在这两辆汽车中实现了这一点。我不认为这要么是一辆坏车,两者都会找到粉丝。如果我有钱,那么我会买一个保时捷,这对我来说是一件大事。在柴油门丑闻之后,我完全脱离了与保时捷赛车工作多年的品牌;我对他们在集团内部的派对感到非常沮丧。

我怀疑,当前规格的特斯拉与更宽的粘性轮胎和更多的赛道定位设置将非常类似于保时捷在更激进的驾驶条件下的效率。

如果有人想借给我两辆汽车在跟踪驾驶条件下又返回比较,我很乐意设置它!

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关于作者

瑞安·莫恩

瑞安·莫恩

AVID技术集团有限公司的总经理AVID总部位于英格兰东北滚球体育app最新版部,是重型和高性能车辆电气化动力系统设计和制造的领导者。