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为什么燃油车高速省油,而电动车高速更费电?

电动车高速费电,是因为电动机的高效运转区间比内燃机宽泛得多,在不同车速和负载下的驱动效率差别不大,并且不需要怠速,低速行驶不会像燃油车那么浪费能量。又因为低速状态下车辆的行驶阻力(主要是风阻和滚阻)较小,自然就比较省电。到了高速上,电机效率基本不变,但阻力却成倍增加(尤其是风阻),耗电量自然大幅升高。

上图是某车用电机的万有特性图,横轴为转速,纵轴为扭矩,中心的彩色区域就是电机的效率情况。不难看出,电机不仅高效率区间极广,而且在高转速区效率更高,4000-12000rpm以上不管扭矩如何变化,电机的效率都在90%以上,效率的峰值更是在8000rpm上下,94%,并且6000-10000rpm都能达到93%。

下图是某轿车的车速与行驶阻力的关系。60km/h时,行驶阻力只有7.125kW,即便算上能量转化和传动损耗,电池只需要8kW左右的放电功率就能维持匀速行驶。如果按60kWh的可用电量来算,满电能跑7.5小时,即续航450km。到了120km/h,阻力的功率达到31.8kW,是60km/h的4倍,同样的电量只够跑不到两小时,续航也就200km出头,几乎是腰斩。

然而,汽车的行驶阻力和能源形式入关,为啥燃油车高速反而省油?

来看某2.0L混动发动机的效率:只有扭矩在100-130Nm、转速在1400-3000rpm,发动机才能达到最佳热效率,而且不同转速/扭矩之下的热效率差别很大,比电动机“矫情”太多了。这还是混动专用、主打高热效率的发动机。

低速走走停停时,外部行驶阻力很小,内燃机处于超低负荷状态——扭矩不到50Nm,转速不到1500rpm。由上图可见,窝工非常严重,停车还要怠速干烧,热效率实在是惨不忍睹,造成燃油的能量浪费比例高。而中高速巡航时,随着阻力的提高,发动机运转负荷更接近高效区间(100Nm,2000rpm)。对大多数车型而言,100km/h以内,发动机效率的增幅都高于风阻的增幅。

比如匀速20km/h和匀速80km/h,单位时间的喷油量其实差不多,但后者的行驶里程是前者的4倍,意味着烧同样多的油多跑了4倍的里程,最终的结果就是高速比低速省油,与电动车相反。
如果车速继续提高,风阻越来越大,但发动机效率却不会再增加,绝对油耗自然也随之升高。这就是为什么燃油车的经济时速在60-100km/h,而不是越快越省油。

总之,对汽车来说,低速低能耗、高速高能耗本来就是正常规律,只是因为油车的内燃机低速效率实在太低,才反衬出高速相对省油。