新能源车即便配备一个变速器,也依然没办法解决高负荷(或全负荷)运行时、耗电量大的问题,电车高负荷运行时消耗电量大的本质在于电池包的能量、远没有一箱子燃油大(100千瓦时的电池包几乎没有40L的汽油能量多,平均热效33%时),所以本质还是在于能量密度上,毕竟配备100千瓦电池包的车子并不是很多!
内燃机汽车配备变速器有两点原因,其一作为一个扭矩放大器使用、确保内燃机汽车顺利完成起步、提速,其二压制转速、使发动机保持在理想负荷区间(高效率)运行,没办法内燃机高效转速区间太窄了,比如某热效率40%的内燃机、只有在2500转时才能达到峰值40%热效(如上图),其所谓的高效区间可以说是在2300转-2800转之间(或者说是2000转以上、3000转以下)!
也就是说内燃机高效区间最多仅仅是1000的转速范围;所以配备个变速器,在满足车子达到驾驶者所需求的车速时、尽可能的把转速稳定在这个高速区间;但电机则完全不同了、它的高效转速区间太宽泛!鄙人记得某款永磁电机峰值效率达到95%,负荷效率在90%-92%,而高效范围可覆盖4000-10000转,也就是说在6000转的跨度中、电机皆可维持高效,所以还有必要配个变速器、来调速么!
内燃机要有怠速、即便不工作时,因为一旦停止怠速、发动机=熄火;况且内燃机怠速时转速偏低,扭矩不足、输出功率也低,完成起步太困难;扭矩不足时、压紧离合器片一定拖不动车子,还会被静止的车子反拖成熄火状态=起步失败!那么配备一个变速器就可以解决问题了,1挡齿轮比较大、假设为4.5左右(1挡齿轮比一般都在4、5之间),假设尾牙为3!
那么在1挡时、发动机输出扭矩可以达到原来的4.5*3=13.5倍,假如某车、踩油起步时达到1200转且输出扭矩70nm(假设),那么在变速器的放大作用下,传递到驱动桥上的总扭矩可以达到70nm*13.5=945nm、这样一来扭矩够了车子完成起步!这就是内燃机汽车已定要配变速器的原因,没办法内燃机低转速时扭矩太孱弱、车子又太重!最早期变速器的作用就是为了解决起步困难、提速慢的问题,后来随着能源问题的出现、变速器也成了控制能耗的调速设备!
其实电车也配备了变速器、只不过不是广义的变速器(后文会讲);内燃机要获得更大扭矩只能依赖转速、没转速就没劲,而0转等于0扭矩!而电机则不同,电机扭矩表现要更好,其次只要起步电压足够大、电机即便0转也能输出峰值扭矩,且随着转速攀升、扭矩会保持一段很稳定状态,这就是同样功率范围下、跑01燃油车很难跑过电车;所以电动车并不需要广义上的多挡位变速器!
而实际上电动车也具备变速器、只不过是单挡位变速器,可以理解成具备燃油车变速器多个挡位其中的一个挡(当直传理解);拿民用电动车为例、电机扭矩范围在250-350nm之间(大多数,高端的除外),通过单挡位变速器传递到轮上后,基本能保证轮上总扭矩在1000nm左右,所以让电动车完成起步、提速足够(对比5段中的例子),所以对于大多数家用电动车而言、没必要配备多挡位变速器,单挡位足够!当然随着电车不断普及,未来可能会出现一些纯电动的载重机械、这些机械必然配备多挡位变速器,因为载重负荷多大!
其实啥车高速行驶消耗能量都大,内燃机汽车同样如此、自行车蹬快了还饿的快呢,道理简单不?既然高速行驶、能量消耗都非常大,那么就需要拼能量储备了,也可以理解成能量密度的比拼;
某15万左右电动车:电池容量接近60Kwh
某15万左右燃油车:油箱40L(内燃机平均效率按照30%计算,热效*燃效*机械效率之后)
1L汽油=约0.75千克
40L汽油=30千克
1千克汽油燃烧可释放=约46兆焦耳
30千克汽油=1380兆焦耳
1Kwh=3.6兆焦耳
60Kwh=216兆焦耳
这就是比较的结果,40L燃油进行燃烧可以释放1380兆焦耳热量,而60Kwh的电池组只能提供216兆焦耳;内燃机效率按照30%来计算(几乎低于平均值),1380兆焦耳中依然能有414兆焦耳用于行驶;而即便电机效率做到100%、也只有216兆热量,所以即便内燃机具备超高的热损失、但由于液态燃料很高的能量密度,所以在一定程度上掩饰了高速行驶高耗油量的本质;
而电机的效率远比内燃机高;高速行驶时的功耗也远低于内燃机,但这终究不是比拼效率、功耗的问题,本质则是储备问题;牵扯到能量储备,变速器起到的作用就小了,所以即便给电动车人配个多挡位变速器、也同样解决不了高速行驶耗电量大的问题,况且高速行驶功耗大是空阻带来的结果,无论是燃油车还是电动车亦或是人力车都没办法避免,这就是车速越快、空阻越大、功耗越高的本质!