在很多车友的认知中,纯电汽车高速行驶更费电,而低速行驶却很省电?实际上这种逻辑并不准确。电机与内燃机的特性不同,内燃机在不同的转速、负荷时效率差异非常巨大。而电机则不同,电机的高效区间非常宽泛,无论高转速或低转速运行电机的效率都很稳定。
所以电车无论是低速行驶或高速行驶,电机均能保持高效运行,而非常值得注意的就是等效率≠等功耗,这个概念要搞清楚。电机可以在低转速与高转速以差异不大的效率去运行,所指的是效率稳定,而功耗方面则肯定不同,但可保持高效率运行对于电机而言依然是绝对的优势。既然电机在高转速区间下效率那么高,为什么电池电量却消耗得那么快呢?
我们通常会拿电动车与燃油车做比较,因为燃油车在市区拥堵状态下偏低速行驶时的油耗很高,而跑高架桥、高速公路时油耗却降低了不少。所以呢就产生了燃油车高速很省油、低速费油,而电动车则是高速费电、低速省电的说法。那么为什么燃油车高速行驶就省油,燃油车跑高速真的很省么?而电动车为什么跑高速时电量消耗那么大?
燃油车真的高速省油、低速费油?
内燃机效率挺有意思的(热效率*燃烧效率*机械效率),负荷低了效率低、负荷高了效率还是低,所以只有负荷处于偏中时才能达到理想状态。对于自吸发动机来说大多数机型的高效区间分布在2000-2700转,当然这个并不固定,也看厂家如何去定位。当然涡轮增压发动机的高效区间转速要提前些,这与平均有效压力因素有关。
所以内燃机在低速行驶时(1000-1500)效率很低,的确会造成偏高的油耗。但关键是汽车在拥堵的市内行驶时,走走停停、原地怠速过程太频繁。燃油其实都损耗在这个阶段了,原地怠速=无用功,一米没跑、白白消耗汽油。其次频繁的起步导致高频次的燃油加浓,油耗自然就上去了。实际上低速工况造成的高油耗有效率低的问题,但主要还是因为怠速、频繁起步带来的无用功。
燃油车为什么高速省油?道理很简单,汽车跑高速时不用走走停停,大多数发动机保持在1800-2200转之间处于较高效率区间,所以省油。但这种省油其实等同于一直跑,只要不频繁地停车、怠速,内燃机都挺省,即便是几十年前的老机器跑高速也省。也就是说燃油车低速费油的本质并不在意发动机本身,而是频繁的怠速、低速蠕行,因为内燃机需要怠速,而怠速就会消耗燃油。
实际上燃油车最省油的路况是顺畅状态下的快速路而非高速公路,也就是说保持60-80千米时速匀速行驶比高速省油。高速公路保持100-120km行驶时虽然发动机效率要更高一些,但这个时速下的空气阻力也是呈几何式增长,所以燃油车跑高速其实并不是最省油的(只是相对市内路况更省),而跑顺畅的国道、高架、快速路才最省油。说到底燃油车最怕堵车。
电动车低速行驶为什么省电?
道理很简单,因为电机没有怠速,这一点与内燃机有着本质的不同。内燃机只要启动就必须保持怠速运转,即便车子停着不动也需要不断烧油(所以现在有了启停)。但电机则不同,电机不踩动力踏板电机不转,所以电车在拥堵的路况上行驶时不会产生不必要的能量损耗。简单点说就是行驶用电、停车时电量消耗降至最低状态。
另一方面就是电机的效率,如上图所示现如今的高效电机峰值效率可达97%,高于90%的效率区间足够宽泛达到90.3%,这已经接近于全域了。也就是说电机除了起步阶段可能效率低于90%,其它车速下(转速)的效率最低也在90%以上,所以电车在市区跑几乎全程可以保持高效运行。电机能保持在高效区间,功耗自然低。
纯电汽车高速行驶为什么费电?
可能有朋友会疑惑,既然电机可以全程保持高效运行,为什么跑高速时还特费电呢?实际上这个问题与效率高低无关,而是与电池的能量密度息息相关,说到底跑高速拼的是能量储备。现如今一块上百公斤重的动力电池包所蕴含的能量远不如一箱汽油所蕴含的能量多。所以用效率的高低并不能解释这个问题。
燃油车的油箱容积按升计算,比如40L、60L以及80L的油箱。而纯电汽车的动力电池包容量一般按度(千瓦时)计算,如50度、80度甚至100度。很多朋友就容易产生1度电=1升油的误解,实际上1度电所蕴含的能量远比1升油要低。一块50度电的电池包所蕴含的能量远比50L的汽油要低,所以纯电汽车跑高速费电的根本在于能量储备的不足,而燃油的能量密度更大。
50L汽油、50度电能量对比
1千克汽油=48兆焦耳
1度电=3.6兆焦耳
1L汽油=0.73千克
50L汽油=约37千克
50L汽油燃烧产生能量=37*48=1776兆焦耳
50度电=50*3.6=180兆焦耳
看到了么?50L油箱与50千瓦时的动力电池包能量差异有多大?50L汽油燃烧所产生的1776兆焦耳相当于500度电,这仅仅是50L油箱加满所蕴含的能量。当然内燃机的效率很低,咱们就取一个最低的平均值、可以按照30%效率计算(极端恶劣工况),传动效率按照90%计算(双离合、MT、液力鼓锁止后AT)。
转换动能部分=1776*30%*90%=480兆焦耳
50L汽油扣除热损耗、传动损耗后所剩余转换动能部分(用于行驶)依然高达480兆焦耳=130度电。而电动车同样要扣除电机损耗以及传动损耗,如果效率都按照90%去进行计算,50度电池包用于实际行驶的能量等于50*90%*90%=40度电。所以50L燃油可提供用于行驶的动能是50度电池包的至少4倍以上(跑高速时发动机效率接近峰值,绝对不会低到30%)。
这就是纯电汽车高速电量消耗快的原因,根本原因在于目前动力电池包的能量密度还是不如一箱油多。并不是纯电汽车不善于跑高速公路,如果配个200度电的电池包续航能力同样超强(想当然)。所以看待电池包的续航能力千万不要和油箱去做对比,比如拿50度电去比较50L汽油,因为能量密度差异是巨大的。所以电动车跑高速并不是费电,电机高转速运行功耗高很正常,比拼的关键在于能量的储备,能量储备低、100%的效率也跑不了多远,这时候就是硬碰硬的比拼。
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