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1、課程報告 摘要：電動汽車以其能夠做到“零排放”而被各國政府大力推廣。隨著電動汽車越來越頻繁地出現在人們的視野之中，我們也能夠聽到一些質疑其清潔性的聲音。本文從各方面對比燃油車與電動汽車對能量的轉化效率，從而得出電動汽車從原理上就比燃油車能量利用效率更高、更節(jié)能的結論。 背景： 電動汽車因其清潔性而廣受贊譽，并得到了眾多環(huán)保人士的廣泛支持。然而，我們能夠從網絡上以及部分車企的宣傳中聽到了一種截然不同的聲音：當前內燃機技術已經非常發(fā)達，其效率早就比電廠的蒸汽輪機要高。中國目前的電力有百之七十來自燃煤發(fā)電。在燃燒、發(fā)電、并網、轉換等一系列流程中，又會有很大的一部分功率損失，因此電動車比燃油車更

2、加耗能。實際上，這是一個偽命題，我們將以能量在燃油車與電動車的來源與去路詳細分析說明電動車比燃油車更加節(jié)能這一事實。 讓我們不妨從能量的來源說起。傳統(tǒng)燃油車所用的發(fā)動機是一類內燃機，通過向氣缸內噴油并使用火花塞點燃混合氣體，產生對 的一個壓力并以此帶動曲軸連桿對外做功。而中國大范圍使用燃煤機組的工作原理則是使用燃煤鍋爐將水加熱至高能蒸汽狀態(tài)并推動葉片轉動，進而帶動發(fā)電機發(fā)電。從能量轉化的流程上來說燃煤機組的理論熱效率與內燃機相比的確處在劣勢地位。不過當前，我國煤電機組的平均熱效率在30%左右，而目前世界領先水平車用內燃機的熱效率在40%左右，差距不算太大。不過，前文所述的錯誤論點忽略了這樣

3、一個重要的事實：內燃機并不能隨時達到最佳的熱效率。如圖表1所示，內燃機到達最佳熱效率的條件是非常苛刻的。它通常需要大約維持在2500轉的轉速以及較低的扭矩的條件下，內燃機才能到達最佳的工況。考慮到在城市中路況非常復雜，加減速的場景非常多樣，轉速以及扭矩的突躍使內燃機經常在最大效率區(qū)間以外工作，在車輛運動的過程中，能夠滿足內燃機最大熱效率運行的條件幾乎不存在。在當前各種工況下測算得到的發(fā)動機對外做有用功平均熱效率大約在27%左右。然而，電廠燃煤發(fā)電機組的情況卻大不相同。蒸汽輪機組零部件復雜且體積龐大，啟動過程非常棘手，因而，絕大多數燃煤發(fā)電機組從設計上就以連續(xù)不間斷運行作為先決條件。因此，電廠內

4、部的工程師們可以對運行中的蒸汽輪機組的參數進行不間斷的監(jiān)控，調節(jié)，優(yōu)化，使其能夠一直維持在最高熱效率運行。因此，電廠蒸汽輪機組的實際熱效率是要遠高于汽車內燃機的。而隨著國內超臨界燃煤發(fā)電機組的推廣使用，燃煤發(fā)電的熱效率有望逐步提升到50%，可以說在不久的將來，內燃機效率早就比電廠的蒸汽輪機高這一觀點也將要被動搖。 再從能量傳遞的角度來分析。電動車能量在傳遞，轉化過程中散失的核心位于電網效率、電池充放電過程中的損耗，其余的電能損失因素由于電路長度較短，布局與設計還可以進一步優(yōu)化而忽略不計。當前電網整體送電效率在95%左右，而又考慮到電池的充放電的過程中會有大約百分之十的損耗，因而可知整體上電能

5、的轉化與傳遞過程中的效率在85%左右。而我們也應該注意到，內燃機汽車的傳動過程中也存在著摩擦損失，通常包括變速箱齒輪之間的摩擦，變速箱油流動時的攪動阻力，變速箱皮帶的打滑現象以及換擋瞬間的能量損失等諸多因素。根據汽車之家的輪上功率測試數據，目前主流家用車型的傳動系統(tǒng)的綜合效率在80%左右，部分車型甚至低于80%，只有少部分性能車的傳動效率可達到將近90%。因此，在能量傳遞的過程中可近似認為二者在性能指標上大體相當，可以平起平坐。 最后，我們還應當注意到驅動系統(tǒng)原理上的一個重大差異。燃油車的內燃機是不能夠隨意停止運行的，其動力輸出直接與變速箱、壓縮機等機械系統(tǒng)相連。因此，搭載于燃油車上的內燃機

6、在很多時候是處于“被迫工作”的狀態(tài)。換句話說，為了保持發(fā)動機工作的連續(xù)性，其必須要保證能夠維持在一個最低轉速下運行，而這正是“怠速”這一說法的來源。因此在擁堵路況下，一輛車大部分時間都處于怠速狀態(tài)，而在怠速狀態(tài)下，內燃機幾乎沒有把任何動力轉化成行駛距離，可以說，在這種情況下，能量被極大程度地浪費掉了。相似地，當一輛車在減速行駛（處于剎車狀態(tài)）時，內燃機仍然要保持運作，甚至在一些特定情況下，為了維持不熄火，變速箱甚至要進行升擋，以維持一定的發(fā)動機轉速。顯然，發(fā)動機在這種情況下的工作也是毫無意義的，造成了能源的再次浪費。將以上的諸多因素綜合考慮，內燃機即使有較高的理論熱效率，但是，從整個系統(tǒng)的角度

7、來看，其實際效率受到了較多原理上的制約，最終導致其效率并不算高。因而將之前所列出的效率簡單地相乘，分別取發(fā)動機熱效率為27%，傳動效率80%，得到由理論計算出的能量轉化效率大約在21%左右，而由于怠速、滑行等過程的存在，實際效率要低于此理論值。事實上，真實的效率可以從油耗的情況直觀反映出來。根據工信部的數據，一輛普通家用小轎車的市郊工況油耗約為5~6L/100KM,而其市區(qū)工況油耗則會升高至8~9L/100km，而其綜合油耗大致在7.5L/100km。根據簡單換算，其實際的能量利用效率17%左右，可謂驚人地低。然而，對于一輛電動汽車來說，由于當前電動機的設計已經非常成熟，采用輪轂電機方案的電驅

8、動功率損失可以控制在5%左右，且其驅動效率隨功率的變化不大，并且其“隨用隨到，隨叫隨停”的特性使得其完全沒有燃油車的“怠速”、“帶檔滑行”等工況。停車時，驅動電機自然就沒有也不需要有電流通過，而滑行時，應用電驅動的逆過程——電磁感應，甚至可以實現高效的制動能量回收，相比傳統(tǒng)燃油車，其節(jié)能性自然有重大優(yōu)勢。再次套用之前分析內容中的值，可得其能量轉換效率大約在25%左右，在實際上已經遠高于普通燃油車輛。至此，我們的分析基本結束。 結論：考慮到中國當前能源結構優(yōu)化的潛力巨大，未來核電以及新能源比例將持續(xù)上升，電力供應也將越來越清潔，自然，電動汽車無論是從清潔性還是從節(jié)能性上都將繼續(xù)與燃油車拉開更大的差距，因此，我們可以直接否定網絡上有關于電動車的節(jié)能性比燃油車要差這一錯誤結論。只有大力發(fā)展電動汽車，逐步開展傳統(tǒng)燃油車的淘汰工作，未來的交通工具才能更清潔，更高效。