老司机解惑 为什么电动车跑高速费电?

　　很多购买了新能源纯电动车的用户往往对续航里程有很大的怨言。原本兴致冲冲的冲着厂商宣传的300-400公里续航里程做的购买决策，但实际使用起来，行驶200-300公里就需要充电，电量消耗远比自己的预期快。特别是在跑高速或长途时，实际行驶里程与厂商的宣传出入更大。那么为什么传统燃油车越跑高速越省油，而电动车却是速度越快越费电呢？本期来为大家解读。

　　■电动机特性曲线与传统燃油发动机特性曲线对比

　　▲左图为传统自然吸气燃油发动机功率扭矩曲线，右图为电动机功率扭矩输出曲线

　　从这两张对比图不难看出，传统自然吸气发动机，功率几乎与转速成正比关系，也就是说转速越高功率越大。这主要是因为：转速越高，单位时间内发动机点火做工的次数就更多，所以功率随之上升。而扭矩，从低转到高转相对来说波动不大，基本维持在120牛·米到150牛·米之间。加上在变速箱的作用下，一旦进入高速匀速行驶，发动机的转速可以被超速挡控制在较低的转速区间，此时释放的功率较低，仅需要一些功率提供车轮的转速和克服空气阻力及滚动阻力，所以发动机可以在跑高速时获得一个较经济的油耗水平。

　　而电动机的动力输出特性与发动机完全不同，它有一个基速转速。也就是说在基速转速之前具有恒扭矩特性，基速转速之后有恒功率特性。如果这句话不好理解，简单的说如上图：基速转速为1500转/分。那么就以之为例：在1500转之前按照最大扭矩400恒定输出，而此时功率会随着转速的提高而攀升。一旦过了1500转，功率输出保持恒定的60千瓦，而扭矩输出会随着转速的升高而呈双曲线下降。当然，内燃机当中：功率=转速*扭矩的公式在电动机中仍然适用。所以当功率保持恒定之后，转速越高扭矩越小。

　　■转速比是电机的重要隐含参数，因为它扭矩和效率不可兼得

　　电动机中有一个非常重要的参数，叫做转速比。很容易理解：它指的是最高转速与基速的比值。不同特性的电机，转速比会不一样。

　　▲图为三种不同转速比的电机扭矩输出曲线，X为转速比

　　通常永磁同步电机，由于磁场衰减小，所以转速比小于2；异步电机的转速比通常在4左右，开关磁阻电动机转速比可以大于6 。从电机的功率扭矩输出曲线可以看出，在基速之前，电机处于最大扭矩恒定输出状态，且在基速之前，转速越低，输出功率越小。功率小就意味着能耗低，所以对于电动机来说，转速越低，电耗就越低。

　　也就是说，在基速转速之前，电动机的效率是最高的。一旦过了基速转速，放电功率始终处于恒定的最大值，而扭矩随着转速的提升不断减小，所以，基速之后电机的效率会随转速的升高而减小，能耗由此不断增加。

　　由此：转速比越小，电动机效率就越高但最大扭矩越小；转速比越大电机效率就越小，但最大扭矩输出就越大。

　　上图是由ABRP统计的511位特斯拉Model S车主日常行驶数据得出的速度与续航里程关系曲线，横坐标为速度，纵坐标为续航里程，不同颜色代表不同环境温度。

　　从上图可看出，虽然低温会减小续航里程，但更重要的是，在不同速度情况下续航里程也会存在很大差别。很明显50-60公里/小时 的速度区间，是ModelS最经济的巡航速度，速度越快，续航里程衰减得越明显。同样情况下，60公里时速可以获得超过700公里的续航，但到了120公里时速却只能续航400公里，差别快要达到一倍之多了。所以，这都是由于电动机的特性曲线造成的。速度超过120之后，电机始终在用最大功率的放电速度消耗着电池里的电能，而扭矩却不断衰减导致需要更多的电能来维持高速转速。

　　要想获得较高的高速续航里程，就需要选择转速比较小的电机，当然，这也会导致最大扭矩的降低。我们知道，特斯拉Model S采用的是交流异步电机，转速比在4左右。所以，高速续航能力不及比他更便宜得多的、采用永磁同步电机的荣威或吉利等自主品牌纯电动车型。

　　▲最高车速与转速比和扭矩的关系

　　上图为转速比为6的电动机扭矩输出与车速的关系。横坐标为车速，纵坐标为轮端扭矩。我们从这张图可以看出，随着车速的提高，滚动阻力和空气阻力也会呈抛物线的方式提高，因为空气阻力与速度的平方成正比，所以，速度越快阻力越大。

　　随着车速的提高（也就意味着电机转速的提高），按照电动机扭矩输出的特点，扭矩会呈双曲线不断衰减。我们知道扭矩是用来克服空气阻力的唯一要素。所以，当扭矩大于阻力时，车辆会不断加速，而这个不断加速的过程同样也是扭矩不断减小、阻力不断增大的过程，知道扭矩与阻力值相等，则达到了动态平衡，速度无法再提升，这个速度就是这台车的极速。

　　■ 结论

　　要想获得较好的高速续航里程，除了常规的轻量化设计（减小滚动阻力）、空气动力学设计（减小空气阻力）以外，电机的类型对高速续航里程的影响也是非常大的。转速比越小的电动机（永磁同步电机），无论是高速续航里程还是日常使用的电能利用效率都非常高，但是缺点是最大扭矩小。

　　而最大扭矩较大的交流异步电机，甚至是开关磁阻电动机，能够给用户的带来超强的加速性能，但整体电耗较高、高速能耗更高，要想获得同样的续航里程必须配备超大容量的电池组。但电池组越大，也意味着重量越大，带来更大的行驶阻力。所以，用户在选择时可以根据自己的侧重需求来购买。