这里提到的新能源车是指纯电动车(EV)或电动混合动力车(如附加式电动汽车)。
新能源车跑高速时的能耗分析
车辆前进时,受到向后方向的空气风阻,向后方向的摩擦力(以及轮胎变形导致的能量损耗)、传动系统损耗、电池储能输出(直流转交流)损耗、地球重力等。先看一下空气阻力:
空气阻力=风阻系数×空气密度×车头正面投影面积×车速平方÷2,也即
其中
,车辆前进方向空气阻力
,空气密度,约等于
,前进方向上车辆与空气的相对速度,单位为米/秒
,车辆迎风面积,也即车辆行驶方向的投影面积
,风阻系数。如蔚来公布的风阻系数为,蔚来与极氪001公布的风阻系数均为。
下面我们以为例,则
长*宽*高(mm) | 5022*1962*1756 |
另考虑离地间隙为15厘米,则迎风面积(假定是矩形)
。这样,车辆风阻:
,也即
,的单位为米/秒。如果速度为,则等价的公式为
,也即
。与之间的关系曲线为抛物线,如下图所示:
典型值如下:
时速 (公里/小时) | 空气阻力 (牛顿) | 相当于重量 (千克) |
25 | 28 | 2.9 |
50 | 114 | 12 |
100 | 455 | 46 |
120 | 655 | 67 |
150 | 1024 | 104 |
200 | 1820 | 186 |
那么,以的速度行驶一百公里,并假定道路全程水平的理想情况,则汽车克服空气阻力需要做功
焦耳(),转换为电的度数为:
。
根据经验值,车速100km/h的时候,大概有60%的动力输出都被用来抵抗风阻。据此进一步计算出车速100km/h时,蔚来的百公里综合电耗(风阻、滚阻,爬坡下坎等)为
千瓦时,也即21度电。满电全程100跑高速情况下,可以跑公里。这个值与我们实际行驶时的感知非常接近。
深圳市用电谷底时自建充电桩充电大约0.26元/度电,这样每百公里用车成本:
元,合计每公里用车成本不到6分钱,大约是油车用车成本的。
再考虑到蔚来巨大的车型、以及超过2.4吨的车重,还有强大的动力性能,电车使用成本与油车使用成本相比,实在是太经济了!!!
与油车比,电动车为什么“不太适合”跑高速?
电动车跑高速电耗得快,是电动车出租车司机普遍的反应。前面内容计算,电动车跑高速时,电动车主要功耗
与油车比,电动车冬天开空调为什么很耗电?
下图为燃油车燃烧时能量消耗。燃油车发动机开启后,只有很少一部分能量(如10%)转化为动能(有效做功),其他绝大部分能量都耗散掉了。在冬天开空调(暖气)时,实际是将发动机燃烧时的排气损失(Exhaust Loss)的热导流到驾驶舱,给驾驶舱供暖。所以,冬天气温很低时,开暖气基本不增加燃油车的能耗。
而燃油车就不一样。燃油车本身电池储能转化为动能的效率很高。如极氪001电动机宣传效率高达97.86%!(你有没有风险,家电风扇工作时电动机外壳温度仅稍稍高于环境温度)这样,几乎电能都转化为动能了,所以,如果要开空调,就得利用电池储能给电热片加热,从而大量消耗电池电能。
电动车冬天开空调为什么远比夏天开空调耗电?
假定冬天环境温度为零下10℃,夏天环境温度为38℃,空调开到25℃。
冬天空调控制温差:25℃-(-10℃)=35℃,空调使驾驶舱升温35℃;
夏天空调控制温差:38℃-25℃=13℃,空调使驾驶舱降温13℃;
极氪001
假定空调制冷与制热效率相同,则冬天空调制热耗能是夏天空调制冷耗能的
倍,这就是冬天空调功耗远高于夏天的原因。
另外,冬天为了保持电池活性,电池本身需要给加热片加热用于电池自身的保温。
电动车日常使用为什么这么省钱?
电动车的电动机几乎不需要保养,或保养成本非常低。我家里十几年买的电风扇,现在仍然可以很好地运行,从未任何保养。
电动车另一块成本是充电成本。我爱人的蔚来ES8,三月份、四月份充电分别为174度和171度,分别花费电费64.42元和56.22元!!!
蔚来ES8
蔚来ES8可是一款有块头、有分量的大型SUV呀!!!差不多规格的SUV燃油车如宝马X5和奥迪Q5L可得超过10L每百公里油耗,电动车的电费支出只有油车的大约十分之一!
都是消耗的能源,只不过一个是电能,另一个是汽油燃烧释放出的热能,为什么价格相差这么大呢?
这要从电动车(EV)的电动机与燃油车的汽油发电机说起。
电动车的电动机的效率非常高,达到90%以上,高速、低速情况下都很高。
燃油车的发动机的效率比较低,最高不超过40%,而且低速情况下效率更低,如下图(有效功率N千瓦、扭矩M牛顿米、比燃料消耗量g克/千瓦小时)在低速情况下,燃油效率非常低(如10%)。特别是在市区工况情况下,车辆反复启停,发动机低速运转,效率非常低,也非常耗油。
极端的情况下,如在停车等绿灯情况下,电动车功耗几乎为零,而燃油发动机仍然需要燃烧(如1L/H)。
另外,中国的电能多半是采用低成本的煤来发电,而且火力发电厂的发电效率在50%左右。
同样是燃烧汽油或煤,火力发电厂的燃烧效率(50%左右)可以远高于汽油发动机,因为火力发电厂具有规模优势,可以有更高的发电条件(如高温高压)、废热回收等。而且火力发电厂可以持续稳定高效率运行;而燃油车不得不长时间在市区中低速行驶,导致效率低下(如平均15%左右)。
蔚来ET7
再结合电动车在夜间用电低谷时充电(如深圳在夜间23:00—凌晨7:00之间电费在0.25至0.26元),可以进一步节省用电成本。
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