新能源车的动力如何?与燃油车相比有何区别?
作为一个车库里有两辆车的男人,今天我要为新能源车说句公道话了。第一辆帕萨特15年买的,开了快三年,没什么大毛病,要不是油价长得太快,可能现在还在开。第二辆是辆众泰E200 Pro,才买没多久,但是这车给我的感觉很好,特别是动力这块,我很满意。上次跟同事一起出去吃饭在路口等红绿灯了,等绿灯一亮,我一踩电门都车就蹿出去了,而且在加速启动的时候可以感觉到从座椅上传来一股推背感。再说这车轴距较短也比较容易掉头,操作起来还是蛮顺手的。
新能源车续航和马力没有燃油车好
电动车和燃油车的驱动系统有何区别?孰优孰劣?
电动汽车、燃油车的驱动系统概念相同原理完全不同,仅论驱动系统电动车完胜,理想的量产车是两者集成。结构特点
电动汽车驱动系统:电动机→减速器(专用变速箱)→传动结构→车轮。
燃油汽车驱动系统:内燃机→变速箱→传动结构→车轮。
从模式可以看出两种车的区别主要是动力传动元本身,所以首先要看一看动力元的区别。内燃热机指燃烧燃烧产生热能、热能转化为机械能的机器,比如汽油机;燃料与空气混合后在发动机汽缸内燃烧产生推动力,动力推动活塞、活塞带动连杆、连杆带动曲轴飞轮旋转,这一动力通过离合器或液力变矩器传递给变速箱,变速箱通过复杂的齿轮结构放大动力,最终传递到车轮,结构如图所示。
内燃机运行的原理是爆燃,燃烧必然会产生大量的热,这些车需要冷却系统散发;其次活塞与气缸、顶杆与气门等诸多位置是物理接触的,运行中则必然会产生磨损,所以还需要机油进行润滑。这种复杂的结构想要更加耐用则不宜高频率运行,否则会快速的磨损出现故障。
所以内燃机的正常运行转速往往控制在3000转左右,偶尔的急加速或高速驾驶也只是五六千转而已。低转速不能实现高车速、高转速不耐用,那么只有通过变速箱的不同传动比(档位)实现不同程度的放大扭矩,目的是以低转速控制高车速;结构真的很复杂,而且动力输出非常不直接,因为传动变矩过程中会损耗很多动力。
电机特点电动机与内燃机的运行原理完全不同,简单理解电机只有一个转子代替曲轴,转子有永磁体会产生磁场,之后为电机内的电磁线圈通电后也会产生磁场,两个磁场力相互作用形成动力,动力则带动转子旋转输出动力;没有燃烧、不需要空气、不需要润滑的电机,其结构非常简单。
但电动机对转子轴承的材料要求极其高,因为在磁场力的作用下电机可以实现超高转速,转速可以轻松超过10000转并接近15000转。
至于高转速并不会影响NVH,因动力输出结构只有转子,并不会像内燃机的活塞上下往复循环一样产生惯性作用力,所以运行中的震动非常小,而震动又是噪音的根源,所以电动机的噪音震动比内燃机好太多。
其次高转速还有一个优点:电机本身就是“变速箱”,利用转速调节车速等于燃油车的“内燃机加变速箱”,只是由于转速太高如果直驱会让车速太快,使用单齿轮比的减速器只是为了让降低电机的输出转速,或者为低转速电机放大扭矩而已。
电动机结构非常简单、减速器的结构更加简单,两大总成的故障率相比燃油车而言已经低到极点。在性能方面电动机在通电的瞬间即可输出最大扭矩,因内燃机需要高转速实现最大的进气喷油量,转速不高燃烧的燃油少则动力差;而电动汽车的电池组可以高倍率瞬间最大放电,电输出的速度可不是进气燃烧可比的,所以电动机可以在起步的第一转输出峰值扭矩,性能远比内燃机理想。
所以从结构可靠性、动力输出的直接程度判断,电驱系统远比内燃机汽车更适合汽车;至于目前电动汽车没有全面普及,其原因在于动力电池的制造成本太高而限制了续航,并不是因其本身的品质低于燃油车。
那么在电动汽车续航还不能解决之前,最理想的汽车形态则是电机驱动、内燃机发电供给电机用电,这样既能体验电动汽车的性能和舒适,又能不惧续航了;目前一线品牌的PHEV插电混动汽车,以及少数REEV增程式电动汽车能实现这种用车体验,感兴趣的话了解一下吧。
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从当前市场上整车开发商提供的典型汽车产品的角度分析,目前在售车辆及短期内将上市的各车型,无论电动车或是燃油车,都可拆解成如下四部分:即车身(Body)、底盘(Chassis)、动力总成(Powetrain)、车辆电子设备(Auto-electronics)。
图a. 燃油车四部分
其中车身形成车内乘员舱与货舱等乘用空间,底盘将车轮与车身通过合理方式进行连接并配备控制车轮状态的各系统,动力总成为牵引车辆行进或倒退的动力来源,车辆电子设备为车内各电气设施及电子电控系统的集合。
不管是电动车还是燃油车,目前市售车辆的驱动方式都是通过动力总成将其他能源转化为机械能,经传动系统传递使车轮获得旋转的动能,经轮胎与地面的相互作用形成牵引力驱动车辆行进。因此,车辆的驱动系统主要由动力总成,底盘内各系统(传动系、转向系、行驶系、制动系)以及车辆相关电子控制系统组成。
l 两种车辆最大差别在于动力总成之间的不同。燃油车通过发动机缸内燃料燃烧推动活塞做功方式获得机械能,而电动车通过控制输出电流改变电动机线圈周围磁场,经电磁感应获得电动机的机械能。燃油发动机与电动机在驱动原理,结构与布置形式,驱动特性上均存在较大差别。
1. 驱动原理区别:简单来说就是一个烧油,一个跑电。燃油发动机需要通过稳定可控的燃烧提供动力输出,而稳定输出动力需发动机保持一定的转速范围,即发动机怠速工况,因此在初始过程需起动机帮助才可完成起动(早期拖拉机起动要人工转两圈就是这个道理),且在车辆停止过程中,需中断动力传输以维持发动机怠速,因此需要离合器(或液力装置)控制动能的传递;而电动机可控转速从0rpm开始,无需怠速起动装置。
2. 驱动形式区别:燃油发动机结构复杂,配套油路管线多,因此一般燃油车仅配置单个发动机用以供给动力,根据发动机布置位置及驱动轮布置方案可分为前置前驱,前置后驱,后置后驱,中置后驱,以及四驱等驱动形式。而电动汽车电机及配件结构相对简单,体积小,因此布局形式灵活多样。传统集中式驱动结构为采用单个大功率电机替换内燃机方案,该方案可沿用燃油车驱动形式,技术相对成熟,但与燃油车底盘结构相差不大;而电机分布式驱动方案采取单一电机驱动特定轮毂方式,并通过电子差速等控制系统对各轮进行协调,相对燃油车传动系统其硬件结构更为简单,在提高车内空间利用率,降低车身重心提高稳定性等方面优势明显。但其缺点在于电控系统相对于机械系统的可靠性与安全性较低,对于高速飞驰的车辆,这一点是不容马虎的。
3. 驱动特性区别:
图b. 内燃机(上)与电动机(下)外特性曲线示意图
不难看出,电动机在低速区可提供最大扭矩,相比内燃机的扭矩随速爬坡,显然更适用于汽车起步加速阶段;另外,电动机调速范围非常大,恒功率区间广,不需要燃油车辆匹配的多档位变速器,仅可根据实际需要匹配简单适用的减速器即可。此外,电动机在中低转速的运转效率可达到90%及以上,远远高于目前四冲程内燃机的最高效率42%。在驱动特性上,电动机可以说是完胜内燃机。
l 底盘与电控系统的差别
电力驱动车辆相对于控制稳定燃烧的内燃机车在电控系统上有先天优势。对于电机驱动输出的控制仅需通过电流实现,而对与发动机的控制需落实到机械结构上,因此艰难的多,如调节发动机功率包括可变节气门升程,涡轮控制,喷油量的调节等等。因此,相比燃油机,开发基于电机驱动的驾驶控制系统更具整体性,如适用于动力电池的能量回收系统,整合牵引力与制动转向的整车底盘控制系统,车联网与智能信息交互系统等等。可以说,全员通电对未来驾驶的智能集成与交通互联扫清了很多障碍。
l 相比燃油车,电动车在技术前景上更为广阔,在环境友好,智能网联等方面更是独具前景。然而,现阶段电动汽车尚处在技术爬坡期,核心技术尚未完全成熟,表现在:电动汽车技术的可靠性与安全性不如传统燃油汽车,车辆行驶过程中需要经历各种严苛工况以及交通事故安全性的考验,如何保证各电气元件的可靠运行是未来技术突破的关键所在。此外,当前燃料电池技术尚未大规模投入应用,电动车采用动力电池方案,在轻量化程度上不如燃油汽车,化学电池随充放电循环的衰减这一先天缺陷使电动车本就不具竞争力的续航里程更加暗淡,充电站布局尚不完整,充电时间过长等问题也是用户抱怨的痛点之一。因此,电动车产品尚需要足够的技术累积才可实现对燃油汽车的完全替代。孰优孰劣,从历史的视角去判断,越辩越明。
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