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为什么新能源跑高速续航里程急剧下降?

哪怕是开燃油车,我们不也是高速行驶更费油吗?总结起来就是速度越快,消耗越高。

从能量守恒的角度来说,如果不考虑任何阻力的话,那么汽车匀速行驶,需要的能量为零。这是我们中学就学过的,牛顿第一运动定律。然而事实上,我们开车,是需要不断消耗燃油或者电量的,而这部分能量,除了浪费掉的以外,主要是用于对抗车辆行驶的阻力。

车辆匀速行驶时,阻力主要来源于两方面,一个是滚阻,一个是风阻。滚阻可以这样理解:轮胎向前时,接地面受力形变,对车辆产生一个阻力,而轮胎离地时,又会产生一个向后的弹力,阻力和弹力之间的差,就是滚动阻力,因为这一过程中,能量是有损耗的,就好像篮球落地后弹起,不可能高于起始的下落高度是一个道理。

其实滚动阻力和轮胎材质、角度、接底面积、路面材质等诸多因素有关,在乘用车的日常行驶速度区间,滚阻会随速度升高而减小,不过变化不明显。对比40Km每小时和120Km每小时之间,滚动阻力只降低了2—5牛,几乎可以忽略不计。

另外一个是风阻,风阻和风阻系数(和形状有关)、迎风面积(和大小有关)、空气密度,以及车速有关。公式是这样的:

也就是说,车辆所受的空气阻力和迎风面积、风阻系数以及空气密度成正比,和车速的平方成正比。注意,是速度的平方,所以速度提升,所受到的空气阻力,也就是风阻,呈指数级增长。这就是新能源车高速时,续航急剧下降的第一个重要原因。

其实不光是新能源车,燃油车也是如此,你匀速100Km,可能只需要7个油,开到120Km,可能就需要8—9个油了。说到这,可能大家也会有疑惑,那为什么在市区,速度慢反而费油呢——高速、省道道路通畅,发动机基本上都工作在最高效率区间,这时候基本没什么浪费,燃油消耗转化的能量几乎全都用于对抗行使阻力了,所以速度越快,阻力越大,也就越费油。而在市区行驶,或者堵车、蠕行,发动机达不到高效转数,热效率下降,加上燃油车低扭不足,起步阶段需要拉升转数获取足够的扭矩,包括怠速、踩刹车,那部分燃油并没有对抗阻力,而是白白浪费掉了。

进入电机的低效区间

现在大部分电车是没有变速箱的,也就是说车速和转速成正比。电机和发动机不同,电机起步就能提供大扭矩,而且能量转换效率很高,也很稳定,基本上在万转以下,都能给维持在90%以上。可是超过一万转之后,效率会出现明显衰减。

其实对于燃油车来说,无非是油耗8个变10个,一百公里多花14块钱的问题。可是对于纯电车,相当于百公里电耗16度变成了20度,再算上风阻增加带来的额外能耗,相当于16度变成了24度。比如说你车电池一共是72度电,正常续航450Km,可是跑高速能耗变成了24度没百公里,也就只能跑300Km了。

解决方案:

从使用角度,只能——慢点跑。这也是多数纯电车主采取的解决方案,高速上不敢跑120Km,大部分90—100匀速,甚至连空调都不敢开,也是很悲催的。

从技术角度,降低风阻,只能从车辆的风阻系数入手了。因为空气密度没办法干预,迎风面积受限于车辆空间,也没办法做得太小。只能从外形的角度做优化了。可能很多人都不知道,世界上风阻最小的形状是水滴。可是这是一个牵一发动全身的工程,甚至没办法精确计算,只能通过风洞实验室来实测数据,再通过数据调整模型,一次次试验。

另外,也有考虑增加变速箱的技术方案,不过前景黯淡,缺陷明显,增加成本,增加故障率,占用空间,而且收益非常有限。这也是大多数纯电车仍旧没有采用变速箱的原因。

还有就是采用前永磁同步电机,后交流异步电机的双电机方案,低速时前驱,高速后驱,同时可以采取不同齿比的减速器。目前这是可行性最高的方案,对高速续航的提升有非常明显的效果。

为什么新能源跑高速续航里程急剧下降?主要是因为目前的大部分新能源车(纯电)是没有变速箱的,也就是说速度越高,电机的转速越高,跑高速时电机转速普遍1万转以上,其电耗可想而知。当然,也不是所有电动车都没有变速箱,比如保时捷Taycan就是有变速箱的。

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