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【科普】电动汽车为什么不用变速箱来控制转速?

2015-11-26 09:56
吃瓜天狼
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  下面这张图是本田insight上的1.3升发动机的BSFC图,图中像等高线一样的圆圈表示的的是每单位(千瓦时)做功消耗的燃油量(克),数值越低越好。大概能看出,大部分转速和负载落在300g/kwh的等效率线以内,而最优区间的燃油消耗率是215g/kwh,前者是后者的1.4倍。

  那么如果现在车辆在巡航状态,需要以12.6千瓦的功率克服阻力,那么此时如果发动机是以4000RPM,中低负荷的状态运行,输出30牛米的扭矩,燃油消耗率达到了275g/kwh,也就是开一个小时车,要消耗12.6*275=3465g的燃油,也就是4.78升。假设93号汽油7块一升,就是33.5块汽油。

  如果通过增加档位,在2000RPM运行,此时需要输出60牛米的扭矩,变成在中高负荷运转,就正好落在内燃机最高效的区间,此时燃油消耗率仅有215g/kwh,也就是开一个小时车,要消耗12.6*215=2709g的燃油,也就是3.74升,节省油耗22%。同样假设93号汽油7块一升,就是26.2块汽油,足足省了7块3。

  下图则是二代prius的主电机的经济性图,等高线的单位变成了电机效率,也就是单位消耗的电量(千瓦时)做的功(千瓦时),数值越高越好。大部分负载和转速都落在89%等效率线以内。而最优区间效率超过94%。换算成单位做功消耗电量,也就是112.4%和106.4%,前者是后者的1.056倍。

  此时如果我们假设Prius由电机带动巡航,需要以26.2kw的功率输出克服阻力,电机以中高负荷运转在4500RPM,输出50牛米,此时电机效率为89%,也就是说,行驶一个小时,消耗的电量是26.2kwh/89%=29.4kwh。如果通过变速箱,将转速缩减到2250RPM,以中等负荷运转在最优效率区间,电机效率为94%。此时行驶一个小时,消耗的电量是26.2kwh/94%=27.9kwh,只节省了区区1.5kwh的电量,5%而已。以5毛钱一度电计算,不过才7毛5分钱而已,而且这还是整车以超过前面例子2倍的动力输出运行的情况下。

  所以说,因为电机高效区间相对宽泛,通过变速箱调整转速和负载改善燃油经济性的效果也大大减弱了。

  总结一下,为什么电动车没有变速箱?

  1、内燃机低转扭矩小,最大转速低。为了同时满足起步和极速的情况,变速箱对内燃机是必要的。而对电机来说就不是。

  2、内燃机的安静平顺的区间,最大动力输出的区间,和最省油的区间都比较狭窄,而且三者互不相同,有了变速箱来调整最终减速比,能够在不同车速下,根据不同需要,灵活选择发动机转速和负荷,大大改善内燃机汽车的驾驶性。对于电机来说,这三个区间都很宽泛,变速箱对改善驾驶性的效果有限,相对于增加变速箱带来的降低传动效率,增加车重,增加成本,就显得很不值当。 

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