为什么电动汽车加速快,电动汽车的百公里加速和电池有关系吗

动力电池影响电动汽车的性能表现电动汽车的动力元为电动机,电机的结构简而言之包括永磁体、电磁线圈、转子以及动力输出端为什么电动汽车加速快。其结构相比内燃式热机要简单的多,笔直的转轴无需复杂的活塞连杆即可输出动力;那么没有这些结构则在转子周围即可形成动力场,否则电机怎么驱动呢?而形成动力的基础则是磁场力,利用电流输送到电磁线圈形成电磁场,电磁场与永磁体的磁场互斥实现转子的驱动,结构参考下图。

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如上所示电动机的运转依靠的是线圈的电磁场,那么在导体运转速率、线圈有效边长度以及负载相当的前提下,通过导线的电流越大则其周围的磁场强度越高。自此题主的问题也就有答案了,因为不同的动力电池组电压、输出电流以及最高放电倍率会有一定的差异。

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参考欧姆定律I=U/R分析,在电阻不变的前提下电压(U)值越高则放电电流越大,电流越大则是形成的磁场力越强所以动力越强。最高放电倍率一般以某C标注,在输出动力相当的前提下最大放电倍率越高,则瞬间输出的电流也就是越大,同理动力也会越强。这就是动力电池对于车辆性能的影响,有些纯电动汽车在整备质量以及电动机功率扭矩相当的前提下,百公里加速成绩会出现相当大的差异,早在这种差异的原因正是动力电池。主流的电池类型可参考镍钴锰、镍钴锰酸锂、钛酸锰以及镍钴铝等类型,这些电池如有一线供应商提供的产品基本性能相当,近期预计发布的超级磷酸铁锂应该也会有一定程度的接近。

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不过电动汽车不能只看性能也要看安全,各种动力电池中能量密度过高的类型也不建议考虑,比如镍钴铝电池因镍含量过高导致晶体结构稳定性很差,热控制的极限温度也比较低;好在使用这种电池的电动汽车多为进口车,保有量很小所以自燃造成的负面影响也没有很大。目前安全等级最高的是磷酸铁锂电池,其次镍钴锰酸锂和镍钴锰,但铁电池目前仍主要用在商用车,乘用车参考后两种吧。关于动力电池大致了解这些即可,供参考。

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搞清楚这个问题,首先要明确电动汽车的标称电量是在特定的环境条件下的数据,因此在选购电动汽车时不能单一的根据动力电池的容量来进行判断。由于动力电池类型的不同,性能也不同,比如铅酸蓄电池的衰减就和锂电池的衰减路径存在较大差别。

动力电池是电动汽车的核心部分,目前一般的电动汽车都有电池管理系统,是由硬件和软件系统构成,电池管理系统中控制模块的作用在于高效的利用电池能量,比如,同样容量的动力电池由于电池管理系统的优劣不同可能导致最终的续航里程差异性很大。另外季节的变化也会导致电池性能发生改变,目前,温度是判断电池能否正常使用的关键性参数,甚至电池的温度超过一定范围有可能造成电池的不可恢复性破坏,电池组之间的温度差异也会造成电池组单体见的不均衡,导致电池寿命降低。当然,除了温度还有其他参数限制。

对于电动汽车的电量消耗太快的因素进行分析,一是电池类型本身的性能,二是电池管理系统的优劣,三是环境因素的改变。

任何驱动系统都是车速越高能耗越高·油电相同问:

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为何电动汽车跑高速更耗电?

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这个问题的潜含义是燃油汽车高速公路油耗低,城市道路油耗高,电动汽车为何会相反;似乎燃油车可以违背自然规律,电动汽车存在什么缺陷似的。咱们来简单分析一下这个问题吧。

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阻力动力发动机输出的动力要克服行驶阻力才能让车辆前行,动力越强车速才会越高;动力参数可以用功率或马力来理解,公制马力单位为Ps,1Ps为七十五公斤力。简而言之概念为一马力可以驱动75公斤的物体以每秒每米的标准运动,想要提高车速就要增大马力,比如2Ps/75kg=2m/1s;反之马力不变质量增大则速度会减慢,比如1Ps/150kg=0.5m/1s。

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这说明了什么呢?

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答案其实很清晰了,车速80km/h的时候,车速120km/h的时候,车辆需要的功率和马力绝对不是一样的;毫无疑问车速120km/h的时候需要更大的马力,马力≈扭矩×转速÷9549(=功率)×1.36。想要提升马力就要提高转速和增大扭矩,涡轮增压机在中低转速区间扭矩不变的时候,也只能依靠提高转速来提升马力。

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燃油车使用的是四冲程内燃机,转速指曲轴每分钟转动的次数,转两次做功一次;做功的方式是燃烧燃油产生内能,通过内能(热能)和发动机的机械结构转化为机械能、也就是动力。那么转速越高就等于每分钟喷油做功的次数越多,涡轮增压发动机平均在1500-4000rpm区间会稳定最大扭矩不变,也就是喷油量不变,这种发动机就是转速提升、以提升喷油频率导致油耗升高。

自然吸气发动机在平均每800-4000rpm区间的扭矩是线性提升的,最大扭矩往往只能在4000转或更高的某个窄窄的转速区间内维持峰值;也就是说在平均4000转以内是转速和扭矩的同步提升,也就是每次做功的喷油量都会随转速升高而同步加大,油耗的增长会更高一些——这说明了燃油车同样是车速越高油耗越高。

参考数据:

120km/h对应45kw80km/h对应20kw这是需要的功率,就按照大扭矩-250N·m 1.5T发动机为参考吧。

45kw≈61.2Ps,对应的转速为1718rpm;20kw≈27.2Ps,对应的转速为763rpm,这是只谈发动机、不谈传动系和其他因素影响的参数。数据再次印证了车速越高油耗越高的结论,可是事实上是城市道路油耗高、高速公路油耗低,这又是为什么呢?

其实这个结论没有错,实际上城市道路油耗更高也没有错,只是理解上存在问题——城市道路的车速低但是转速并不低,低速挡高频率的起步加速的瞬时转速很高,加速超车时的转速也很高。可是城市道路又无法避免的要因为拥堵而走走停停,于是平均转速就会达到3000~4000rpm区间——决定油耗高低的不是车速而是转速。拥堵道路的平均转速高所以油耗才好,但这还只是多个因素之一。

怠速油耗是不得不计算的哦,单位为「L/1h」(升/每小时);燃油车不开启A/C的怠速耗油量约为排量的三分之二左右,开启后和排量相当,也就是1.5L NA/T发动机对应1.0L/1h、1.5L/1h。启动发动机后停在那不动,每小时也能消耗1.0~1.5L的燃油,这还只是小排量发动机的标准。

燃油车的城市道路油耗实际为:行驶油耗(高平均转速)+怠速油耗。

燃油车的高速公路油耗实际为:行驶油耗(低平均转速)。

汽车还有变速箱,变速箱有不同的前进挡,高速驾驶的大数字前进挡放大车速、降低转速的能力强,120km/h的时速可能只有2000rpm的转速;城市道路用低速挡能够放大扭矩、转速爬升速度会很快,所以即便车速低但平均转速会很高,再加上怠速耗油量自然会更加费油。

但如果都不要计算怠速油耗且不用起起停停的话,在前进挡不变的前提下,80km/h的耗油量一定低于120km/h的耗油量——所以燃油车也从来不存在“车速越高油耗越低”的说法。

电动汽车为何高速驾驶的耗电量比城市道路更低呢?

原因有两点:

没有怠速概念没有变速箱电机也是转速越高耗电量越大,这是没跑的。但是电动汽车停车后电机就断电了,动力电池组不需要像油箱一样持续输出,停车就停止放电,所以不存在拥堵等待时的消耗;其次起步加速的时候转速也是合理的,和正常驾驶加速的过程一样。

因为电驱系统没有变速箱,依靠的是电机的转速升降来调速;那么起步加速时就是低转速,车速越高转速越高、耗电量也才会越大。这就是为什么电动汽车不怕堵车的原因,说白了就是没有内燃机的那么多缺点。

反之,正因为电动汽车的车速越低电耗越低,不像燃油车一样有怠速耗油量和变速箱低速挡的问题导致转速过高且车速偏低的问题,所以就「无法凸显出高速电耗低」;这样的描述应该能理解了吧,其实所有车都是速度越快能耗越大。

有些微型车使用0.8-1.0L NA汽油机,这些发动机的扭矩很小、功率很低,但排量基数也很小,低速行驶的油耗就不会很高;高速行驶的时候因扭矩低而需要强拉转速提升车速,转速可以超过4000rpm、有些老旧面包车甚至能超过5000rpm,这些车的高速油耗就会比城市道路还要高。所以不要再说燃油车高速行驶更省油了,只是拥堵道路油耗太高而已,只要道路畅通一定是车速越慢油耗越低,电动汽车也一样。

编辑:天和Auto-汽车科学岛

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2022-05-11

2022-05-11