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论输出与效率,电动车的出现是必然吗?

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不可否认,相较于内燃机车,电动车能提供稳定且快速响应的功率和扭矩,同时振动和噪声还要明显优于燃油车。对于没有特殊情怀的消费者而言,同等价位下,电动车显然能带来更出色的驾乘感受。并且结合能量转换效率来看,电动车也是优势显著,唯一的弱点就是现阶段的电池能量密度无法支撑长续航。

基于此,我们可否认为电驱天生就是做汽车的料呢?汽车产品从内燃机走向电动化,是否存在必然性?针对这些问题,EVLAB邀请到了主要研究电动机领域的xinhe sun先生来为我们讲讲他的观点。

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第一次工业革命后,以蒸汽机、内燃机为代表,热机开始出现并广泛应用,人类进入机器时代。

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第二次工业革命后,电能广泛利用,电动机迅速普及,人类进入电气化时代。

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从能量转化的本质上来讲,热机是将内能转化为机械能,而电动机是将电能转化为机械能。

两者都是能量转化的装置,而对能量转化来说,最重要的属性就是输出和效率。

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从效率的角度讲,内燃机的效率比较低,这受限于热力学基本定律,所以对于汽油机而言,最高效率很难超过45%,柴油机很难超过60%,与电动机动辄80%到90%的效率有天壤之别。

我们觉得内燃机好像很高效,主要原因是燃料能量密度太高。

从输出的角度讲,内燃机在输出机械能的同时,振动和噪声不可避免,因为内燃机本质上约束的是爆炸的过程,且内燃机天生时延(Delay)比较大,从进气量提升到输出功率增大是一个很慢的渐进过程。

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而电动机则可以提供稳定且快速响应的功率和转矩输出,振动和噪声都很小。

从控制的角度讲,Delay是个非常麻烦的东西,时间常数大的控制系统,想要做到稳定就更困难。

所以内燃机的控制本来就要比电动机复杂的多,之所以大家觉得内燃机控制的很不错,那主要是因为多年来的积累和变速箱的加入,而电动机的控制之简单可以连变速箱都省了。

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这就是为什么一台中等水平的电动汽车的输出功率和扭矩轻松超过各种所谓“性能燃油车”……

而更快速的转矩响应也让电动车的驾驶感觉更加畅快(这一点可以参考大排量自吸与小排量涡轮增加的差别,两者本质上是Delay数值不同),同时振动和噪声还要明显优于燃油车。

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所以,电动车天生适合做汽车,然而它的猪队友——电池,却天生不适合做汽车。

因为其能量密度实在是太低了,两者的矛盾就是续航焦虑产生的原因。参考一下高铁,因为有了架空线路,没有了供电的问题,短短的十几年,完成了低速内燃机车到高速动车组的蜕变,电气化的体验到底如何,大家都是有目共睹的。

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虽然电池历经二百多年的发展,但是其技术本身并没有多大的飞跃,只是从成本和能量密度方面来看,已经可以应用在汽车上了。

电动机就像生命力顽强的野花,电池就像贫瘠的土壤,纵使土壤贫瘠,野花依然能生长,只要有一点沃土,野花就能盛放。

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而现在,电池这个土壤可以说是有了让野花盛放的“基本”条件了。在这种情况下,全世界(不是只有中国)几乎所有的车企都会在电气化方面下功夫,可以预见,电动汽车将很快就进入遍地开花的状态。



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