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春節用車解惑,為什麼燃油車跑高速省油,電動車卻很費電?

春節期間,有個剛提純電車不久的朋友,往返老家跑了兩趟高速,心生了一個很大疑惑。他是這樣描述的:以前開燃油車的時候,偶爾出去拉拉高速,油耗肯定會比平時市區裡低一些;而現在換成了電動車,上了高速後反而續航裡程掉得有點快,更擔心電量不夠用了,是以想知道其中到底是什麼原因造成的?

春節用車解惑,為什麼燃油車跑高速省油,電動車卻很費電?

相信筆者的這位朋友并非個例,很多剛剛從油車換到電車的使用者朋友可能都會有類似的困擾。而為了解答大家的疑惑,首先我們需要弄清楚電動車和燃油車的能耗特性有何差别。

就能耗上來說,實際上電動是車始終要比燃油車能耗低的。如今全球範圍内最頂尖的内燃機,熱效率無非能做到 40%出頭,這個瓶頸已經很多年沒有誰能颠覆性的突破了。而相反,電動車由于電機的功率輸出特性,能輕松去到90%~95%,加上動能回收裝置會更多。

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那麼,既然内燃機的效率遠不如電動車,為什麼反而後者的高速續航卻顯得更為捉急呢?

這個問題,要從相對的角度來看待。

燃油車大家都很熟悉,知道市區狀态下油耗高,而越是通暢的高架、環線、尤其是高速公裡越省油。這是因為市區低速行駛時,往往面臨走走停停的擁堵路況,頻繁刹車會白白浪費掉很多能量,讓内燃機始終處于低效率的工況區間,根本無法達到廠家宣稱的“40%”熱效率,那不過是一個理想數值。而燃油車在高速路況時,效率相對比較高,注意是相對,燃機效率不算很低,原因在于刹車的浪費比較少,阻力也比較小,是以發動機可以在跑高速時獲得一個較經濟的油耗水準。

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電動機的與内燃機的動力特性則完全不同,原因在于電動機的“基準轉速”這個概念,即電動車的基準轉速通常維持在1500-2000轉不等,相當于燃油車的最佳效率區間。這意味着電動車在中低行駛時的效率更高、能耗相對最低,而當車速越快、電機的轉速拉升到更高的位置,相應的能耗也越高,續航自然也越少。

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對此,特斯拉曾做過一組專項資料統計,測試結果表明60km/h是特斯拉能實作最長續航的時速值,若平均時速越高,車輛實際續航會階梯型遞減。

換個角度來說,燃油車跑高速隻是不那麼費油,而電動車跑高速則相對更加費電。原因便是内燃機和電動機的最佳經濟工況區間的不同,前者集中在中高速,後者集中在中低速。

了解了電動車和燃油車動力特性的不同後,判斷跑高速的能耗優劣,我們還得看二者統共到底攜帶了多少能量。畢竟最終的續航表現如何,都離不開總能量除以能耗達成的結果。

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而若拿市面上電池能量排名前列的蔚來和特斯拉舉例來說,蔚來ES8目前搭載最高電量100度的電池,特斯拉Model X的100D車型顧名思義同樣也是100度電。

相比之下,我們假定一台同為中大型尺寸的燃油SUV,油箱大約75升,熱值和密度分别按4.6E7J/kg和0.73kg/l算,相乘得出的結果是2.52GJ,簡單換算一下相當于700度電的能量。意不意外?等同級别的油車和電車所蘊藏的能量相差竟然如此之大,一台油車的儲油能量相當于7輛頂配電池的蔚來或是特斯拉。

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是以通常意義上,我們認為燃油車跑起長途高速是沒有裡程焦慮的,純電車正好相反。如此一來,其實又延伸出了另外一個概念,即風阻系數對于續航也是十分重要的參數,無論燃油車還是電動車,克服空氣阻力的功率消耗與速度成三次方關系,高速工況下阻力會大很多。平時很少會有人關心燃油車的風阻系數和滿油續航裡程的關系,但是對于純電動車來說,絕對續航裡程是關鍵參數,這時風阻系數對續航裡程的影響顯然更讓人關心。

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我們可以看到各大電動車廠家似乎更樂于宣稱産品在風阻系數方面的成果。同時,為了降低風阻系數無所不用其極,比如現在已經普遍采用的低風阻流線車身、封閉式前臉、輪毂蓋,包括正在嘗試通過法律法規的電子外後視鏡等等。正是由于在理論上,每降低0.01的風阻系數,續航裡程就能相對提升20-30公裡,甚至更多。這個數值在對于燃油車的續航幾乎沒有影響,但對于純電車來說,則屬于“分毫必争”的重要因素了。

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奔馳Vision EQXX風阻系數0.18CD

還有一點需要補充的是,燃油車搭載的變速箱也是跑高速省油的關鍵,變速箱的主要功能就是讓發動機盡可能保持在高效率運作區間。而純電動汽車絕大多數是不存在檔位變速這個功能的,通常隻有“單級減速齒輪”的設定,行駛工程中利用轉速調節車速,這是另一大純電動汽車在高速巡航時能耗表現不佳的原因。如果你有感受過變速自行車,在騎行速度較快時相比普通自行車更省力,你會發現純電動車就像那個普通自行車。

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當然,為了尋求更高效的續航表現,現階段已經有部分廠家開始為純電車研發和加入“雙擋變速器”,高端如保時捷Taycan,自主品牌如廣汽AION LX PLUS,隻不過更多的主流車型,長時間内還是依靠單級齒輪變速。

把上述的因素綜合起來看問題就很明朗了。跑高速不管是燒油還是耗電,能耗都是比較高的。實際上的情況并不是你所想的電動車高速比燃油車消耗能量更多,而是電動車跑高速的能量相對跑低速消耗更多。電動車的确是越快越耗電的那種,工況相對穩定,低速的能量轉化效率和高速的能量轉化效率反而差得不是很多;而燃油車由于高速挂上了高速檔,減少了動力傳輸過程當中的損耗,是以低速的能量轉化效率比高速高一些,出來的效果就是明面上的高速更省油。

當然,伴随多擋變速箱在未來的廣泛的應用,以及電池能量密度的提升,純電車高速續航這一問題,我們可以期待将被逐漸解決。

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