你以为只是把污染转移到电厂了吗?关于电动车耗能的一个常见误区
虎哥2019/04/01正能量研究 IP:四川

不少网友认为:电动汽车用的电,绝大多数还是依赖天然气,煤和石油发电,只不过大规模发电效率更高而已。

并把这一点认作电动车的主要优势,认为其实电动车也没有带来实质性的进步。

这是一个常见的误区,辨析如下:

这个说法本身正确,但不适用于电动车。在电动车应用中,集中发电本身的好处可以忽略不计。

最牛逼的锅炉和汽轮机,效率也不比分散的汽车发动机高多少,能效百分数高10%~20%(相对高20~50%),已经非常牛逼了。电能传输与运输汽油一样,也有损耗,加上电池也有效率问题,最终的效率没有压倒性的优势。就算有优势,也微不足道,根本不足以推动电动车这个产业。

要推动一个产业,至少需要有1倍的优势;要想在10年的时间尺度迅速改变整个用能格局,至少需要一个数量级(约10倍)的优势。

汽车用电驱动的主要优势在于:

1、可以使用低品位能源,如煤炭、重油,或者使用水力,相比汽油这种高品位能源,成本有好几倍的降低。

2、电力拖动本身比现有内燃机驱动节能,做得好的情况下,节能一半是有可能的。

以上两点综合起来,单从用能成本而言,可有十多倍的降低。

3、电动车的出现,让内燃机汽车备受压力,内燃机汽车的改进也会比以前快,可逼迫整个行业进步。

对第二点再做一些交代:

一辆牛逼的电动车存储了多少电能呢?目前储能较大的是特斯拉MODEL S,电池充满以后存储了90kwh的电能,也就是90度电。

就按100度电算吧,他的储能为100×10e3×3.6×10e3=3.6×10e8焦耳。

这么多电,可以支持它在复杂路况下跑500公里。

换成同等大小的燃油车,在高速上跑500公里,大约需要40L汽油。如果是复杂路况,大约需要50-80L汽油。

我们就按大约50L,也就是40kg汽油算,包含了多少能量呢?汽油的热值大约是4.5×10e4焦耳/克,4.5×10e7J/kg。

换句话说,大约10L的汽油,热值就已经高于100度电。

汽油发动机从汽油内能到机械能的转化效率,普遍可以做到40%左右(最佳效率工况)。也就是说,每25L汽油的机械能,大约相当于100度电。

通俗的讲,对于Model S来说,相当于25L汽油跑了500公里,特斯拉的等效百里油耗5L

而汽油车却烧掉了50L,比电动车多2倍。这2倍是哪里来的呢?只有一种可能:汽油机及其传动系统在复杂路况下的综合效率,低于内燃机在最佳工况下的效率,总效率只有20%。

当然,如果冬天要开暖风,那么汽油机就很有优势了。

这也从另一个层面说明,提升汽车的效率,不等于提升发动机的最高效率。发动机的最高效率很难提高哪怕1%,但把内燃机汽车的综合效率提高,还有较大的空间。

省油2倍很难么?是天方夜谭还是近在眼前?答案是小学生都会:给电动车装上20kw农用发电机就行了😂

这样的发电机大约重500公斤,让他在最佳工况下发110度电,耗油20L左右,同时可以卸下车上的一半电池来减重。这是随便找一台发电机,就有了接近2倍效率的提升。如果像汽车这样精雕细琢,这个发电机压缩到200公斤,再提高一点效率,为汽车省油2倍非常轻松。

至于为什么发电机-电动机汽车没有能普及,我在另一个帖子里已经说过了:历史原因。当使用这种方案有优势时,电动汽车技术不成熟;后来电动汽车技术成熟了,碰巧电池技术也成熟了(或者反过来说也行),于是行业和政府共同决定发展纯电动汽车。

曾经有个段子,说某人在电动车货箱里面放了一台发电机,以备不时之需。以此嘲笑电动车的不靠谱。

事实上,这才是明白人。电动车在设计充电电路时,考虑小功率发动机充电的问题,允许少量慢充,也是明白人的做法。

市场,从来都比政府更明白:

1.png

可能有读者会疑惑,燃油汽车的综合效率怎么会低到20%,厂家不是统统公布38%或者40%吗?

这是一个有趣的问题。通俗而言,汽车发动机很难以最高效率工作。最高效率时,要么力量(扭矩)太小,要么功率太小,总之汽车没劲。为了开动汽车,就需要时而大扭矩,时而大功率,可能还需要高转速。把发动机的最高效率点放在任何一个地方,都会顾此失彼。

某发动机的输出曲线

1.jpg

 

另外,机械变速和机械传动的效率较低,变速箱通常能做到90%以上,传动到轮子,还要损失相当的数量,最终可能只有80%左右。发动机的转动,还要带动冷却水循环、发电机、刹车泵等一系列负载,还要损失大约10%的“厂用能”。汽车在复杂路况上,时不时要停车,要减速,这时发动机是空转的,会有怠速耗油;在下坡路,如果采用发动机为汽车减速,由于转速很高,会有更多的耗油。驾驶习惯也是影响能量利用率的重要因素。在自动控制不发达的时候,只有经验老道的师傅才能成为“节油标兵”。为了省油,有些司机习惯于下坡时“空挡滑行”,导致刹车失灵,造成事故。总的来说,这些问题再损失一些能量,让效率降到20%以下是很轻松的。

反观电动车,除了行车电脑等控制系统和娱乐系统的耗电之外,只要遇到不需要动力的时候,就不耗电。先进的系统,在下坡和减速时,还可以发电,这叫做再生制动,如果疯狂优化,可回收50%以上的制动能量,不过由于太复杂,通常的轿车达不到这个水平,只有卡车对此特别在意。某矿山的卡车就是这样,空车上山,需要费电。但是到了山顶装满了矿石,车就变得很重,下山时一路发电,比上山的耗电还多。这种工况根本不用充电就能一直开下去。

电动机在绝大多数工况下都能获得较高效率,只要不是空转和堵转这两个极端,效率都差不多。空转时尽管效率低,但本身耗电极少,所以效率低没有什么意义。在电机堵转时,固然效率趋近于0%,但这种情况只在汽车起步的一瞬间发生,而且此时扭矩极大。

图:国产轮毂电机的负载特性曲线

1.jpg

电动车普遍采用轮毂电机,它的电机装在轮子里面,没有机械传动部件,只有一个轴承。所以可以认为没有传动损失。过去有的电机会有一组减速齿轮,会产生损失,现在已不多见。

总得看来,燃油车的能源处处都在浪费,而电动车的能源处处精打细算,遇到下坡可能还能赚回来。电动车本身的能耗比燃油车节省一倍,是完全合理的。至于集中发电还是分散发电的问题,对电动车来说根本无足轻重。

最后,欢迎大家指出我的错误。

[修改于 5年1个月前 - 2019/04/03 18:48:18]

来自:工业技术 / 电动汽车
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~~空空如也
虎哥 作者
5年1个月前 IP:四川
856651
引用refinder发表于1楼的内容
淘宝搜“增程器”试试山东同胞已经发明了此物,唯一的问题就是放在车里太吵了!

谢谢提醒,加了一张图片,哈哈。

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虎哥作者
5年1个月前 修改于 5年1个月前 IP:四川
856674
引用bg8npk发表于10楼的内容
小排量涡轮增压引擎在扭矩和转速的平衡上作出了巨大的改进,对燃油经济性的提升是很明显的,再加上精细电控...

最近这些年,受电动车的压迫,在省油方面,各车厂真是使出了看家本事。上一次使出这个本事,是1980年代石油大涨价,由日本车企领军的省油运动,直接省油一半,这一运动甚至奠定了日本车的霸主地位。可见,传统燃油车还有很大的节能空间,只是取决于压力有多大。

不久前坐滴滴,那个车等红灯时停车即自动熄火,开车时半秒瞬间启动,真是周到。

可能过不了几年,像特斯拉那种规模的车,就该要实现百公里油耗2L了。。。

变数在于政府,因为有些国家已经出台限期淘汰燃油车的政策,是继续改进燃油车,还是ALL IN电动车,放弃燃油车,各大车厂一定是在反复斟酌的。

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虎哥作者
5年1个月前 IP:四川
856708
引用三水合番发表于13楼的内容
如果电动车在节省能源上优势特别显著的话,那像是货运卡车这样,对能源价格敏感的应用,是不是会更积极的转...

大型货运卡车是“重型生产工具”,主要应用场景不在城市,要解决的问题比小汽车更复杂。目前国内有十多款车型发布,反响平淡。

但是,城市配送用的轻型卡车,现在已经普及电动车了。在城市路况和配套水平下,电动车的优势远强于跨区域远程运输场景。

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虎哥作者
5年1个月前 IP:四川
856750
引用iamapighhh发表于18楼的内容
分析很精彩,但是汽油的热值点错小数点了。一千克汽油热量大致相当于十度电。事实上,目前燃煤发电要两百多...

啊,完了完了,该文直接南辕北辙。。

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虎哥作者
5年1个月前 IP:四川
856752

我已经改掉了主要错误。还未修改文中的观点,观点可能也需要修改。高等级的会员可以在“历史版本”处查看以前的错误。

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虎哥作者
5年1个月前 IP:四川
856765
引用iamapighhh发表于21楼的内容
话说,虎哥,你列的那款电机的低速性能怎么样?要不要列一下。另外,能不能说下这是个什么性质的电机?我看...

不清楚低速性能,这个厂家叫做电动汽车轮毂电机,更多资料要问客服要,他们的阿里巴巴页面:

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/?spm=XXXXXXXXXXXXXXXXtotrace-topNav.1.5c0d6ac3Yqq3AB

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虎哥作者
5年1个月前 IP:四川
856769
引用硝化咸鱼发表于24楼的内容
文中有一处数据并不太对:换成同等大小的燃油车,在高速上跑500公里,大约需要40L汽油。如果是复杂路...

首先是错了一个小数点,使得关于电动车优势的立论变得很不稳固。然后看了你的实例,现在从数据上来说,电动车似乎只剩下用能成本,也就是低品位能源的成本优势了。假如考虑到电池那么贵,可能连这点优势都会丢掉。再考虑到电池生产及报废的环境负担其实也很大,到底有多大优势还真难说。

不过我对您的关于混合动力的趋势有一点点疑惑。既然引入了电动,从结构简单和相对来说还算节能而言,REEV应该是最佳路线。REEV的发电-(存储)-电动机总损耗,考虑到存储的比例很少,这个损耗应该是可以做到不到20%的,和机械传动处在同一水平。但REEV没有机械传动,结构简单得多,可以视为典型的电力传动内燃机车。为什么说他是“脱了裤子放屁的产品”呢?从原理上来说,不应该是要么纯燃油机械/液力传动,要么纯电动(可增配发电机,即REEV)两种为佳,其它又机械又电力才是脱了裤子放屁吗?

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虎哥作者
5年1个月前 修改于 5年1个月前 IP:四川
856944
引用硝化咸鱼发表于26楼的内容
从原理上说,在理想的状态下,REEV当然是个不错的选择。但是以目前的科技水平和实际产品而言,增程式电...

坦率的说,感觉您是先得出REEV脱了裤子放屁的认识,然后再去找理由。您的第一段话可能是正确的,并说明你是根据现实中所见的某些产品来得出结论,而不是根据理论分析和逻辑推理。

如按你的思路,那么工程上的绝大部分妥协和周旋都可以叫做“脱了裤子放屁”。还是拿电动车来说,目前内燃机车普遍采用柴油发电机-缓冲-电动机的方式,这是因为柴油机的动力难以直接高效的适配到车轮而采取的周旋措施,同时也是为了提高制动性能。按你的说法,这就是脱了裤子放屁,因为既然柴油机已经转起来了,那就应该直接把转动用机械方法传到轮子上,有困难那就解决困难嘛。变成电折腾一次,就是多此一举。既然有大闸,那就该好好改进大闸,让它能起作用,而不是靠电动机来制动,搞“脱了裤子放屁”。

赞同你的观点,机械的就老老实实把机械做好,电动的就规规矩矩把电动做好,解决电池问题,这是必然的方向。其它可以认为是妥协和过渡阶段,而这个阶段对于某些构型来说,可能与整个产业同岁,也就相当于无限长。

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虎哥作者
5年1个月前 修改于 5年1个月前 IP:四川
856965
引用硝化咸鱼发表于29楼的内容
我感觉这有点抬杠的意思,目前的讨论范围是乘用车,怎么就跑到火车上去了呢。还是说两句。内燃机车的本质还...

说火车,是为了解释:按照你的标准,大多数技术妥协或者绕路,都可归类于“脱了裤子放屁”。事实上我已经说清楚这个观点,根本不是什么偏题“抬杠”。就连你自己都不想提其它类型混动的事了,因为按你的逻辑,它们都是脱了裤子放屁,而你开始却刻意把他们排除在脱了裤子放屁之外。所以我在上帖最后说,要么纯电,要么纯机械。本来是跪舔的,结果你不领情。

你用很大篇幅来证明电传机车不是“脱了裤子放屁”,最后不惜用液力传动内燃机车来作为对比,然而,所引材料认为液力传动本身效率偏低,所以就可以认为电传不是脱裤子放屁了——请注意,液力的效率问题是具体现象,电传的脱了裤子放屁是你的逻辑。两个东西根本不在一个层次,逻辑的证明力远高于个别现象。事实上,尽管电传用在火车上有若干好处,但是仍然可以认为他是脱了裤子放屁嘛。

我的观点也很简单,真正属于脱了裤子放屁的产品并不常见,包括REEV在内,他们终究解决了一些工程问题,为此绕路而形成一系列优点和一系列缺点,总能适应一部分需求。

REEV的本质和电传是一样的,内燃机配大点或者车速开慢点,就可以认为是内燃机为源动力。REEV工作时本来就优先满足拖动用电,有富余才为电池充电。现代电传系统也可以配备较大的蓄电池,有利于制动能量回收,提高效率和制动功率。

当然你如果要在“增程”上咬文嚼字,说这个东西与电传本质不同,我只能说,你赢了。

好了,其实我只是反感“脱了裤子放屁”这个形容罢了,因为我读幼儿园时,“园霸”总是骂人“放屁”,我对“放屁”二字有心理阴影。所有论述纯属从这个反感出发,随你评说吧。

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