发动机直驱与发电驱动有多少损耗

时间:2024-09-07 11:26:01 来源:整理于互联网
发动机直驱与增程式的能耗差异——取决于电动机

为什么增程式电动车可以省油,应该是困扰很多汽车爱好者的一个问题。大多数人认为,增程电车是“脱裤子放屁”,让燃料转化为电能,用来驱动汽车——意义何在?其意义在于电动机和内燃机之间能量转换效率的巨大差异。

热效率

内燃机通过燃烧燃油产生热能,并利用燃烧过程中的分子运动推动活塞运转,将其转化为机械能——这是热机的主要缺点。因为在将热能转化为动能的过程中会有很大的损失,比如冷却液与发动机机体之间的冷却损失(低温物体会吸收热能),活塞与缸体在往复运动过程中的摩擦会造成运动损失,进排气压力和温度的变化也会造成动力损失。燃烧燃料产生的大部分热能将被浪费掉。会浪费多少?

如上图,热能与动能的有效转换比例只有30%~40%,大多数车辆的内燃机只能转换30%以上,处于热机的理想工况。可以这样理解:1升汽油只有300毫升以上才是真正的动力,剩下的都是用来“白干”的。这是内燃机作为驱动汽车的发动机的巨大损失,可以说是相当的低。

电动机

电机的运动原理是利用磁场,动力电池组以接近光速的高速向电机的电磁线圈输送电流,瞬间就会形成电磁场。以永磁同步电机为例,电磁场与永磁体磁极的相互作用等于驱动力;在这个过程中,既没有高热也没有磨损,关键是不受空气体和氧气的影响。也就是说,电机不需要考虑冷却损失,但输出功率结构只有转子和轴承,简单的结构几乎不需要考虑运动损失。转化率会有多高?

如上图,这是一台非常先进的国产永磁同步电机,最大效率为96.7%,是普通内燃机的3倍,是优秀内燃机的2倍多。有什么意义?——使用该电机的汽车每百公里耗电量仅为15千瓦时,也就是说每百公里只需要15千瓦时。同级别燃油车每百公里平均油耗至少在10升左右。现在,我们可以讨论一下增程的节油模式。

油转电&电驱动

假设电动车的功耗稳定在每百公里15kwh,如果电池组没电,想要继续行驶,内燃机带动发动机发电,每小时就要产生15kwh的电量。转换过程中的损耗假设为20kw恒功率运行,内燃机假设为1.5T涡轮增压器,峰值扭矩250N·m(1500 ~ 4000 rpm)。要想在输出功率20kw的情况下稳定地驱动同样功率的发电机,所需的转速只需要1000 rpm左右的怠速即可,因为1500 rpm左右就已经可以输出40kw的功率了。

同一辆车直接由这台1.5T发动机驱动,同样的车速需要60~80kw的功率,后向转速需要在1,700 ~ 2,250 rpm之间。这是中低速巡航时的发动机转速要求。内燃机转速越高,喷油量越大。这种对比足以解释为什么增程式电动车可以省油,而且会为很多中大型面包车节省更多的燃油。因为它的燃油版需要一台5~12升的超大排量柴油机,油耗永远是30 ~ 40升,百公里。但同样的动力需求,一台排量小的1~2升柴油发动机就可以延长,巨大的排量差即使采用高速大基数喷油也会节省大量的消耗,这是增程式电动车的优势。

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