为什么电动车加速快,却在高速上跑不过燃油车?
因为电动机和燃油机的发力方式完全不同。
这要从电动机的工作特性说起。
电动机有燃油机不具备的能力,零转速就能输出最大扭矩,踩下电门的瞬间,扭矩直接拉满,不需要等转速爬升,不需要等涡轮介入,更不需要变速箱逐档切换。
这就是为什么一台二十几万的特斯拉Model3零百加速能干到3.1秒,性能超过百万级燃油跑车。
电动机的扭矩虽然起步就拉满,但随着转速升高,扭矩会逐渐下降。
根据国际汽车工程师学会对永磁同步电机的特性描述,电动机在基速以上进入恒功率区,再往上就进入功率下降区,能输出的力越来越小。
这就好比一个举重选手,前3秒爆发力惊人,但让他连续举1分钟,胳膊就开始发抖。
电动机在高速区间,就处于持续高负荷运行状态。
燃油机正好相反,低转速时扭矩不大。
但燃油机配备变速箱,6挡自动变速箱、8挡自动变速箱、9挡自动变速箱甚至10挡自动变速箱,逐档切换就是一次次重新蓄力。
到了高速巡航的时候,发动机转速刚好落在最佳效率区间,变速箱把齿比调到最经济的状态,动力足够还省油。
绝大多数电动车只有一个单级减速器,没有变速箱。
起步时设定的齿比让车辆加速感极强,但上了高速,同样的齿比就会成为拖累,电机转速被迫拉到很高,效率急剧下降。
电动车是短跑冠军,燃油机是马拉松选手,赛道更换后,优势就反过来了。
这是第一层原因,传动结构的天然短板。
第二层原因是空气阻力的能量消耗。
根据空气动力学基本公式,风阻和车速的平方成正比,时速从60提到120,速度翻了一倍,风阻翻了4倍,从120提到180,风阻又翻了2.25倍。
高速上车速每提升10公里每小时,电机就得多输出大量功率来对抗风阻。
燃油车也面对同样的风阻,但它有电动车短期内追不上的底层优势。
汽油的能量密度是锂电池的几十倍,目前主流汽油的能量密度大约是12000千瓦时每公斤,而三元锂电池大约在250~300瓦时每公斤。
换算后,同等重量的能源载体,烧油的车能跑40~50公里,用电的只能跑1公里出头。
这个差距是维度级别的碾压。
这意味着高速上风阻消耗的能量对燃油车来说占比极低,油箱里的汽油储备充足,对电动车来说,电池本身容量有限,高速被风阻额外消耗的能量会直接导致续航腰斩。
中国汽车工程学会2023年发布的一项纯电车型能耗测试数据显示,主流纯电车在120公里每小时时速等速巡航时,百公里电耗比城市综合工况高出40%~60%。
很多车主反馈,标称续航600公里的车,城市里跑550公里没问题,上了高速120公里每小时巡航,实际只能跑350~400公里。
高频跑长途的车主,会对续航衰减有直观感受。
第三个容易被忽略的因素,是电机和电池的热保护。
电动机在高转速持续运行时会产生大量热量,为了保护电机和电池组合,电池管理系统会主动限制功率输出,行业内称为热保护降功率。
车辆无法长时间维持高功率输出,是为了避免核心部件烧坏。
燃油机也有热管理问题,但它有发展几十年的成熟冷却系统,水泵、水箱、散热风扇、恒温器全套配齐,跑高速反而散热效率最高,迎面风一吹,水温保持稳定。
电动车在这方面的工程积累仍在追赶。
结论很清晰,电动车加速快是因为电机零转速输出满扭矩的物理特性,高速表现弱于燃油车是多层原因叠加的结果。
单级减速器在高速区间效率低是第一层,空气阻力消耗的能量占比大是第二层,电池能量密度远低于汽油是第三层,高速持续运行触发热保护限制功率是第四层。
四层因素叠加,高速就是电动车的天然软肋。
针对这个问题现有解决方案已经出现,但目前还不成熟。
保时捷泰坎用了两档变速箱,高速档位提升了巡航效率,是量产车里为数不多正面解决这个问题的方案,但两档变速箱增加了成本、重量和潜在故障点,大部分车企还在观望。
另一个方向是800伏高压平台,配合碳化硅电驱系统,可以在高速工况下降低电能损耗,提升电机效率。
比亚迪、小鹏、华为都在推广这条路线,优化效果已经比前几年好不少。
但在电池能量密度没有质的突破之前,高速续航这个短板很难根本解决。
固态电池被认为是下一代方案,理论能量密度有望突破500瓦时每公斤,但大规模量产装车还需要时间,具体时间表建议关注各家车企的官方发布。
如果经常跑高速长途,纯电目前确实不是最优解。
增程或插电混动可能更合适,城市用电,高速用油两头不吃亏。
如果九成时间在城市通勤,偶尔跑一次高速,提前规划好充电,电动车的加速体验、用车成本、座舱安静程度依然是同价位燃油车无法提供的优势。
没有绝对更优的动力形式,适配用户日常使用场景的选项才是最好的选择。
