油车市区费、高速省,电车为啥正相反?
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发布时间：2023-05-13 21:40
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时间：2023-05-19 19:12
3.0T的宝马X5，平时在城里跑，百公里13、14个油正常，跑出15个以上也不稀罕；但一旦上了高速，轻松8、9个油。
▲燃油车跑快了反而更省油
就算油耗名声一般的美系车，跑高速的油耗数据也可以很漂亮，比如别克中型SUV昂科威2.0T，市区百公里10个油已经算比较省了，但高速6个多油算正常。
然而，电动汽车正好相反，市区很省电，高速易“尿崩”。比如特斯拉Model 3在市区百公里电耗能低到12、13度，高速上17、18度还不能跑太快。
▲电动汽车高速行驶时续航会明显缩水
▍汽车跑起来需要多大劲？
开发一款新车时，该给它装多大功率的发动机（驱动电机）？
这就要看这辆车的“动力性”想达到什么水平了。
说起汽车的动力性，主要是看三个指标：加速性能、最高车速、最大爬坡能力。
这里先插播传统燃油车开发时的一个套路：
这三个指标中，工程师只要确定一个就行，那就是加速性能。因为对于大多数汽车来说，只要功率能满足加速性指标，等于其它两个指标也能同时搞定。
所谓汽车加速性能，一看起步加速（就是我们常说的时速0到50公里、0到100公里加速），二看超车加速（比如时速60到100公里 、80到120公里加速）。
这里再插播另一个开发套路：
为保证加速性能，发动机的设计最大功率，约为该车辆以100公里时速在平路上行驶时需求功率的10倍（汽车跑这个速度是真心轻松），或者是在6%坡度上以100公里时速行驶时需求功率的3~4倍。
下边是一张功率需求对比图，说的是一辆重1吨的车，从起步到加速到100公里/小时，然后维持100公里/小时匀速行驶，这中间的功率需求变化。
▲汽车加速需要的功率远大于高速匀速行驶
很明显，加速过程中发动机很是卖力，输出功率直线上升，跑到时速100公里时，最大输出功率接近100kW；但一旦时速稳定在100公里，发动机马上躺平，输出功率还不到20kW。
看出点儿什么门道了吗？
发动机一会儿疲于奔命，一会儿又岁月静好，加速时要卖苦力，匀速时忙里偷闲，也是够折腾的。
▍油车为什么市区特别费油？
在城市里走走停停、忽快忽慢，油车是很憋屈的。
话不多说，接着上图。这张图的主角是汽油发动机，说的是油耗和转速之间的关系。
▲油耗高低和发动机转速密切相关
对于大部分汽油发动机来说，中间转速区间效率高，大约2000转到3000转之间是最省油的，而1500转以下的低转速，那是相当费油。
上边两张图一块儿看，你瞬间就领悟了。
城市里的路况太复杂，过个路口要减速、遇上红灯要停车、拐弯要避让行人自行车，赶上拥堵就只好龟速。汽车在城里跑是极不痛快的，发动机长时间在低转区间挣扎，还要频繁地应对加速减速。
低转速费油，加速也费油，这两种对发动机非常不利的高油耗工况，就这样悲催地纠集到一起，你说咋会省油？
▲城市路况较为复杂
但车子一跑上高速公路，剧情就马上来个大反转。
高速公路上路况简单多了，车子不用频繁加减速，有大把的时间接近匀速，上边的功率需求图已经说得很明白，车子匀速跑时功率需求很低，发动机根本不用出多大力。
不仅如此，汽油车跑高速时，通过档位调整，发动机转速就能长时间落在2000到3000转之间，正是效率特别高、特别省油的区间。
功率需求不高， 而发动机运转效率高，油车在高速公路上好事成双，安能不省油？
那位说了，跑高速风阻大多了吧？
汽油车真正的悲伤正是如上所说：转速一低毁所有。回头看看那张图，1500转以下的油耗实在是触目惊心。发动机在低转速下的效率太差，浪费的汽油太多，相比之下，跑高速时为克服高风阻而增加的那点油耗简直不足挂齿。
一辆2.0T的轿车，在高速顶着风干到时速130公里，也比市区省油至少四分之一以上，燃油车在城市里跑实在是受了大委屈了。
▍为什么电车正相反？
先看一张电机的输出特性图。
▲某电机输出特性图
电机启动瞬间就能输出最大扭矩，巅峰状态一直坚挺到“某个转速点”，从此点开始下滑，就像坐了滑梯一样。
输出的功率是随着转速增加，一直在爬坡，到了“某个转速点”爬上最高峰，然后一直维持巅峰状态。
这一奇特的“某个转速点”有个专业名称叫“基速点”。一句话概括电机的特性就是：基速之下恒扭矩，基速之上恒功率。
再看一张汽油发动机的输出特性图。
▲某2.0排量自吸发动机输出特性图
汽油发动机的输出特性就是另一番风光了。功率和扭矩都是随着转速而上升，上升到一定程度开始下降，那意思有点像抛物线（当然，涡轮机会出现一个峰值扭矩平台，不再细说）。
两张图对比着一看，马上就能明白：
为什么电动汽车起步加速那么猛？因为一启动就是最大扭矩呀；
为什么很多电车一跑高速就显稀松？因为电机到了高转速扭矩走了下坡路呀；
为什么油车起步略逊但后劲更足？因为扭矩和功率随转速在持续增加呀。
不懂“基速点”，就不懂得电机。
基速点之前，一直是最大扭矩，不用输出大功率就轻松把事儿办好了。这大致对应城市工况，电车加速快还省电，更爽的是，一松油门还能给电池反充电，爽上加爽。
基速点之后，一直是最大功率，转速越高扭矩就越小，电机就开始心有余而力不足了。这基本对应高速工况，电车加速能力下降还特别费电，跑得越快越费电，更麻烦的是，风阻还越来越大，可叹雪上加霜。
最后再看一张图。
▲某电机效率示意图
这是一张电机效率图。
每当看到这种图都不由赞叹：电机的效率是真心高，最高效率随随便便都在90%以上。再想想汽油发动机想达到40%的热效率都很难，真是机比机气死机啊。
虽然整体效率很高，但最高效率还是出现在中低转速区间，高转速明显差点意思——这也算是电车高速费电的一个因素吧。
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