結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)的電價(jià)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(yōu)勢(shì)的。從油車換到電車,很多司機(jī)的第一感覺就是省錢了。還有一部分細(xì)心司機(jī)發(fā)現(xiàn),電車城區(qū)行駛更省電,高速行駛反而電耗較高,這和油車的能耗表現(xiàn)正好相反,這是為什么呢?
這得從發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的特性說起。
這是某發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性圖,也稱BSFC map,下方X軸為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,左側(cè)Y軸為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩,右側(cè)Y軸為發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
當(dāng)車輛在城區(qū)道路走走停停的行駛時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一般在1000-1500轉(zhuǎn),此時(shí)動(dòng)力扭矩僅輸出額定扭矩的20%左右,動(dòng)力十分孱弱,同時(shí)比油耗也十分高,達(dá)到了400多g/kWh,發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率簡(jiǎn)直慘不忍睹,大部分的燃料都白白浪費(fèi)掉了。
想要發(fā)動(dòng)機(jī)高效工作,需要讓發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況盡可能保持在上圖的紅圈內(nèi),通過變速器的齒輪調(diào)節(jié)速比,讓發(fā)動(dòng)機(jī)盡量靠近高效區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn),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(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部摩擦,使用電子水泵、電壓縮機(jī)、配備啟停功能,i-MMD、THS配備更大的電池和電機(jī),目的都是削峰填谷,回收制動(dòng)能量,將低速低效的工況由電機(jī)完成,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。
但遺憾的是,目前民用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率依舊沒超過50%,燃燒產(chǎn)生的能量,以冷卻、進(jìn)排氣、機(jī)械阻力等形式白白浪費(fèi)掉,真正有效做工的僅43%左右,這還是某個(gè)特定工況下才能達(dá)到的最大熱效率。
在城區(qū)行駛,發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率遠(yuǎn)低于最大值,只有達(dá)到中高速度區(qū)間,結(jié)合變速器的調(diào)速功能,發(fā)動(dòng)機(jī)才能處于高效區(qū)間,這就是為什么高速路況,油車油耗低(注)的原因。實(shí)際上并不是油耗低了,而是發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率提升上來了。(注:高速工況指法規(guī)限速120km/h以內(nèi),超過此數(shù)值理論上油耗依然會(huì)大幅增加)
反觀電機(jī)的“BSFC map”,下方X軸為轉(zhuǎn)速,左側(cè)Y軸為扭矩,坐標(biāo)區(qū)域就是電機(jī)的效率情況,顏色越紅的區(qū)域,電機(jī)效率越高。
和剛才發(fā)動(dòng)機(jī)的BSFC map對(duì)比不難看出,電機(jī)的高效率區(qū)間極廣,而且高轉(zhuǎn)速區(qū)的效率更高,3500-9000轉(zhuǎn)時(shí),扭矩會(huì)有細(xì)微變化,但電機(jī)效率都在93%以上,并且從2500-8000轉(zhuǎn)時(shí)都能達(dá)到93%的效率,整體效率和高效區(qū)都完勝上方的內(nèi)燃機(jī)(絕大部分電機(jī)的高效區(qū)都類似上圖,高效區(qū)極為廣泛)。
鑒于這個(gè)特性,使得電機(jī)在城區(qū)道路走走停停的工況下,都能較為充分的利用到高效區(qū)來工作,加上較低的電耗水平,使得電車在城區(qū)行駛成本較低。
那為什么,電車在高速行駛時(shí)反而電耗更高呢?這主要是由于空氣阻力導(dǎo)致的。無論油車還是電車,高速工況下阻力會(huì)大很多。具體來說,空氣阻力和車輛速度成平方正比關(guān)系,也就是說:速度增加1倍,汽車受到的阻力會(huì)增加3倍。車速越高,內(nèi)燃機(jī)或者電機(jī)的相當(dāng)部分能耗用于克服空氣阻力,耗電(油)量自然大幅升高。
根據(jù)理想汽車發(fā)布的數(shù)據(jù),30km/h勻速行駛僅需約2.3kW功率,60km/h約7kW,時(shí)速在120km/h約31kW??梢钥闯鏊俣仍礁撸?0km/h-120km/h)時(shí),電驅(qū)系統(tǒng)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(dāng)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(fēng)阻系數(shù),目的就是為了提升車輛的續(xù)航能力。
下方是當(dāng)前一些熱門新能源車型的風(fēng)阻系數(shù),從數(shù)值可以看出,當(dāng)前主流的新能源車型基本已經(jīng)跨入0.25Cd以下的風(fēng)阻系數(shù),作為對(duì)比,雪佛蘭邁銳寶XL的風(fēng)阻系數(shù)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(fēng)阻系數(shù)達(dá)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(shè)計(jì)、可伸縮的主動(dòng)式后擴(kuò)散器配合擁有超低滾動(dòng)阻力和空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化的輪胎,使其擁有低至0.17Cd的驚人風(fēng)阻系數(shù)。
據(jù)廠家測(cè)試,奔馳VISION EQXX行駛里程可達(dá)1202km,整個(gè)測(cè)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(yuǎn),極低的風(fēng)阻系數(shù)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(fēng)阻系數(shù)的原因之一。
編后語
車速越高,能耗越高,這是不可否認(rèn)的物理定律。燃油車跑高速,發(fā)動(dòng)機(jī)效率上去了,省下的油是低速行駛時(shí)低效浪費(fèi)掉的油,而電動(dòng)車跑高速電耗更高,是物理上克服風(fēng)阻所必須用掉的電。(朋月)