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城區/高速 為什么油車電車的能耗正好相反?

2024-09-25 17:29:24中國質量新聞網

結合當前國內的電價以及電車的平均能耗,相比起燃油車,電車在出行成本上是具有明顯優勢的。從油車換到電車,很多司機的第一感覺就是省錢了。還有一部分細心司機發現,電車城區行駛更省電,高速行駛反而電耗較高,這和油車的能耗表現正好相反,這是為什么呢?

這得從發動機和電機的特性說起。

這是某發動機的萬有特性圖,也稱BSFC map,下方X軸為發動機轉速,左側Y軸為發動機扭矩,右側Y軸為發動機功率。

當車輛在城區道路走走停停的行駛時,發動機轉速一般在1000-1500轉,此時動力扭矩僅輸出額定扭矩的20%左右,動力十分孱弱,同時比油耗也十分高,達到了400多g/kWh,發動機熱效率簡直慘不忍睹,大部分的燃料都白白浪費掉了。

想要發動機高效工作,需要讓發動機運轉工況盡可能保持在上圖的紅圈內,通過變速器的齒輪調節速比,讓發動機盡量靠近高效區運轉,從而提升熱效率降低油耗。

其他的降低油耗的辦法還有很多,如降低發動機內部摩擦,使用電子水泵、電壓縮機、配備啟停功能,i-MMD、THS配備更大的電池和電機,目的都是削峰填谷,回收制動能量,將低速低效的工況由電機完成,從而提高發動機熱效率。

但遺憾的是,目前民用汽油發動機的熱效率依舊沒超過50%,燃燒產生的能量,以冷卻、進排氣、機械阻力等形式白白浪費掉,真正有效做工的僅43%左右,這還是某個特定工況下才能達到的最大熱效率。

在城區行駛,發動機的熱效率遠低于最大值,只有達到中高速度區間,結合變速器的調速功能,發動機才能處于高效區間,這就是為什么高速路況,油車油耗低(注)的原因。實際上并不是油耗低了,而是發動機的熱效率提升上來了。(注:高速工況指法規限速120km/h以內,超過此數值理論上油耗依然會大幅增加)

反觀電機的“BSFC map”,下方X軸為轉速,左側Y軸為扭矩,坐標區域就是電機的效率情況,顏色越紅的區域,電機效率越高。

和剛才發動機的BSFC map對比不難看出,電機的高效率區間極廣,而且高轉速區的效率更高,3500-9000轉時,扭矩會有細微變化,但電機效率都在93%以上,并且從2500-8000轉時都能達到93%的效率,整體效率和高效區都完勝上方的內燃機(絕大部分電機的高效區都類似上圖,高效區極為廣泛)。

鑒于這個特性,使得電機在城區道路走走停停的工況下,都能較為充分的利用到高效區來工作,加上較低的電耗水平,使得電車在城區行駛成本較低。

那為什么,電車在高速行駛時反而電耗更高呢?這主要是由于空氣阻力導致的。無論油車還是電車,高速工況下阻力會大很多。具體來說,空氣阻力和車輛速度成平方正比關系,也就是說:速度增加1倍,汽車受到的阻力會增加3倍。車速越高,內燃機或者電機的相當部分能耗用于克服空氣阻力,耗電(油)量自然大幅升高。

根據理想汽車發布的數據,30km/h勻速行駛僅需約2.3kW功率,60km/h約7kW,時速在120km/h約31kW??梢钥闯鏊俣仍礁撸?0km/h-120km/h)時,電驅系統所需功率增加了4倍還多,能耗大幅增加,這一切都是拜空氣阻力所賜。

當前,不管是乘用車還是卡車,全球各大新能源車企都在瘋狂卷風阻系數,目的就是為了提升車輛的續航能力。

下方是當前一些熱門新能源車型的風阻系數,從數值可以看出,當前主流的新能源車型基本已經跨入0.25Cd以下的風阻系數,作為對比,雪佛蘭邁銳寶XL的風阻系數為0.29Cd;

問界M9:純電版0.264Cd 增程版0.279Cd;

樂道L60:0.229Cd;

理想MEGA:0.215Cd;

蔚來ET7:0.208Cd;

小鵬M03:0.194Cd;

而奔馳VISION EQXX概念車的風阻系數達到了0.17Cd。

奔馳VISION EQXX概念車

奔馳VISION EQXX概念車水滴造型的車身、超平滑的外觀設計、可伸縮的主動式后擴散器配合擁有超低滾動阻力和空氣動力學優化的輪胎,使其擁有低至0.17Cd的驚人風阻系數。

據廠家測試,奔馳VISION EQXX行駛里程可達1202km,整個測試過程平均車速為83km/h,平均電耗為8.3kWh/100km。

奔馳VISION EQXX電池容量不足100kWh,能純電行駛1200km之遠,極低的風阻系數功不可沒,這能解釋為什么目前各家新能源車型都在“卷”車輛風阻系數的原因之一。

編后語

車速越高,能耗越高,這是不可否認的物理定律。燃油車跑高速,發動機效率上去了,省下的油是低速行駛時低效浪費掉的油,而電動車跑高速電耗更高,是物理上克服風阻所必須用掉的電。(朋月)

(責任編輯:八雨)
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