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汽油车高速更省油,特斯拉等电动车呢?

字号+作者:爱车的诺诺 来源:爱车的诺诺 2016-10-30 我要评论() 收藏成功收藏本文

不久前一个开特斯拉的土豪诺粉开着一辆Tesla Model S85来到上海店,玩耍之余聊起了困绕了他许久的土豪的烦恼。他的那辆Tesla,平时在市区开的时候'...

不久前一个开特斯拉的土豪诺粉开着一辆Tesla Model S85来到上海店,玩耍之余聊起了困绕了他许久的土豪的烦恼。他的那辆Tesla,平时在市区开的时候充满电跑个四百多公里很随意,有时候一个礼拜都不用充电,但是一上高速就怂了,不开空调,从魔都到南京电量就告急,至多也就能跑三百公里,再远就不敢去了。

不仅特斯拉,其他朋友的电动车也都一样,一上高速电量就哗哗往下掉。而这跟传统汽油车正好相反,开汽油车的老司机都知道高速省油,但是在市区里开,尤其碰到堵车时,油耗就蹭蹭往上涨。所以,土豪感到不解:为啥汽油车怕堵,而电动车却“恐高”呢?

既然有幸能跟土豪做朋友,帮土豪答疑解惑也是义不容辞。不过有必要先跟土豪朋友明确一下,汽油车高速省油,是相对于汽油车自己在市区工况下省油,同样的,电动车高速费电也是相对电动车的市区工况来说的。而如果把汽油车和电动车拿过来做跨界对比,即使是在高速工况下,如果只考虑车辆自身携带的能源,电动车的能量消耗仍然是低的。

关于这一点,我们可以简单计算下。汽油车高速工况下按照百公里6L油来算,汽油低热值44MJ/kg,密度0.725kg/L,折算下来百公里耗能191.4MJ;电动车高速工况电耗如果按照百公里30度来算(大概估的,不是很严谨,表打我),一度电3.6MJ,那么百公里能耗是108MJ。电动车仍然吊打汽油车,但如果考虑电动车上的电能是哪里来的,那又是另外一个话题了。

那么为啥电动车在高速下就怂了呢?这要从车辆动力学说起,在平路上,车辆行驶时要克服的阻力包括轮胎滚阻、风阻和加速阻力。加速阻力是车辆为了克服自身惯性所消耗的力,加速后车辆获得了动能,这个动能对于汽油车来说最终还是在被刹车片干掉了,所以对于汽油车来说毫无卵用,车辆的惯性确实是阻力。

但电动车由于可以制动能量回收(点击查看:把下坡的能量留给上坡―聊聊制动能量回收那些事),还是有部分被回收再利用了,特别是对于装备了全能量回收系统的电动车,在不涉及制动安全的情况下,只要电机和电池的功率足够,液压制动是不介入的,能回收的电能就更多了,所以对于电动车来说,加速阻力影响要小一些。也因为制动能量回收的存在,很多电动车的堆电池派表示,电动车对整车质量的增加并不敏感,通过堆电池来获取长续驶里程的做法有理无罪,而这一派的掌门非Tesla莫属。

哈哈扯远了,再回来说电动车,先不考虑加速,也就是比较低速和高速匀速行驶,需要克服的阻力就是滚动阻力和风阻。滚动阻力随车速上升会增加,但增加的幅度很小,而风阻跟车速的平方成正比,这就要了亲命了。

简单算下:特斯拉Model S85自重2.1吨的车,滚阻系数按1%算(忽略滚阻随车速上升的变化),那么滚阻为206N;特斯拉空气动力学设计不错,风阻系数仅有0.24,迎风面积按2.5平米来算,那么时速60公里时风阻是102N,但是到了时速120公里时就变成了409N。车速从60公里增到120公里时,总阻力从308N变成了614N,增大了两倍。

阻力变大两倍,相同里程下要做的机械功也要大两倍。机械功与电能消耗之间隔了一个电机的效率(电池放电效率很高,此处忽略),而电机的效率也是很高的,关键是在很大的区间内都是很高的。因为没找到特斯拉的电机效率图,以三代普锐斯驱动电机MG2来代替说明下(当然,特斯拉采用的感应电机效率比永磁同步电机的效率理论上要低些)。

图:三代Prius驱动电机MG2效率图

除了犄角旮旯的低速低扭区间,其余的广大区域都是解放区的天是红彤彤的天,效率都在80-85%以上,最高到95%以上,所以无所谓高速工况还是低速工况,电机的效率变化都是不大的(相对于发动机随工况的效率变化幅度来说)。既然效率变化不大,机械功差两倍,电耗自然也差了差不多两倍,所以电动车高速时相对于低速时费电。

注意,刚才说的一直都是匀速工况,高速时车速变化不大,与匀速工况时很接近,但市区工况和低速匀速差别还是蛮大的,市区工况各种加减速,虽然可以通过制动能量回收救回来一部分,但毕竟不能全部完璧归赵,所以损失还是有的。但好在电机效率仍然是各种工况通吃,主要的损失仅限于加减速损失。所以,电动车市区的电耗高于低速匀速工况,但其差距仍然不及平均速度差带来的影响。也就是说,高速时电耗还是高于市区,所以电动车“恐高”。

再说汽油车,车辆动力学的基本原理与车辆类型无关,其高速匀速时的机械功也是远高于低速匀速。但发动机在不同工况下的效率变化比电机大多了,比如下面这张大众1.4TSI发动机的BSFC图,效率最高的地方BSFC达到235g/KWh,折合效率35%,在汽油机里也算不错了,但是小负荷区间BSFC就增大到了400甚至600g/kWh,效率下降了一半。如果把发动机效率考虑进去,可以发现匀速行时车辆有个最经济车速,也就是此时单位里程油耗最低。不同车型的经济车速不同,普通的家用轿车大概在70-100之间,豪车经济车速应该是要更高一些。所以,其实在经济车速以上的车速区间里,油耗随着车速上升是增大的。

图:大众1.4TSI发动机BSFC图

但由于市区工况下的各种加减速,相比于电动车效率在市区工况下的降幅,汽油车在市区工况下的降幅可以说是惨不忍睹。

首先是发动机自身效率的下降,汽油机的高效区在中高负荷,自吸发动机在接近外特性的区间,带T的发动机高效区离外特性要远一些,比如前面提到的大众1.4涡轮增压发动机。下面还找了一张自吸发动机中的佼佼者,来自本田最新的地球梦2.0L发动机,用在雅阁混动上,大有要灭掉凯美瑞混动的气势,采用阿特金森循环,最高效率点BSFC达214g/kWh,折合效率38%,量产汽油机中仅次于丰田四代Prius上的那台1.8L发动机,后者可达到40%的效率。但不管哪种发动机,在低负荷工况下效率下降都是挺明显的(与电机相比),BSFC到400g/kWh以上,对应效率20%以下,更不要提堵车时堪称零效率的怠速工况了。

图:本田Earth Dream 2.0L阿特金森发动机BSFC图

市区工况下,低负荷是常态,而且发动机工况变化剧烈,发动机的动态工况本身也会造成效率下降,如果变速箱再矬一点,不能及时升降档,发动机就要泪奔了,在事倍功半的苦逼区间挣扎的概率就大很多。然后是可恶的加速阻力,在前文中说过,汽油车发动机辛辛苦苦烧油挣来的动能最后都被刹车片残忍的灭掉了,如果驾驶员开得再激进一点,在加减速上耗的油就更多。结果就是,汽油车在市区工况下效率严重恶化,即便风阻相比高速小很多,最终的油耗仍然是比高速高的。

所以,最后可以总结下:对电动车来说,高速时主要由于要克服的风阻增大,本来就要消耗更多的能量,所以高速时电耗相对市区更高,“恐高”是正常的;而对汽油车来说,所谓的高速省油,其实是因为市区太费油。土豪点点头说,嗯,我懂了,不是对手多奇计,只怪国足太弱鸡!

第一次写,总编反馈有点太高深,本人会向诺总学习,用通俗易懂的语言给大家做更多的分享!

作者简介

一名深度汽车技术控!期望将更多的新能源汽车技术分享给大家。大家想了解新能源的什么技术可以留言……

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