Почему электромобили более экономичны на скоростях ниже разрешённых?

Двигатели внутреннего сгорания имеют разную степень эффективности в зависимости от нагрузки и частоты вращения. Обычно это отображается на диаграмме удельного расхода топлива, которая выглядит следующим образом:

Как правило, при более низкой скорости и более высокой нагрузке требуется меньше топлива для получения той же мощности.
Это относится и к электродвигателям, но в них это намного менее выражено — настолько, что на практике этим можно пренебречь.

Для каждого двигателя внутреннего сгорания это создаёт оптимальный режим расхода топлива. Более высокая скорость при том же расходе топлива в час приведёт к увеличению пробега, но силы сопротивления, возникающие из-за ветра, также увеличивают нагрузку на двигатель на таких скоростях.
Таким образом, пробег увеличивается примерно до 80 км/ч, а затем снова снижается — точное оптимальное значение немного отличается для каждого автомобиля.

Поскольку электромобили не становятся более экономичными при высоких нагрузках, возникающих на высоких скоростях, они наиболее энергоэффективны на низких скоростях.

Регенеративное торможение помогает только в том случае, если вы хотите, чтобы транспортное средство в любом случае замедлилось, и поэтому не играет никакой роли при движении с постоянной скоростью. Оно всё равно приводит к потерям энергии в «генераторе», и по возможности его следует избегать — скольжение всегда эффективнее, будь то двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель. Просто электродвигатель может вернуть часть энергии, которая в противном случае была бы потеряна в виде тепла, когда вам приходится тормозить.

С точки зрения непрофессионала, подкреплённой моим опытом владения электромобилем, я могу предложить более широкий взгляд на проблему.

Автомобили с ДВС (двигателем внутреннего сгорания) в режиме «старт-стоп» продолжают потреблять энергию при замедлении и остановке. Как при автоматической, так и при механической коробке передач двигатель некоторое время работает на неэффективных оборотах, потребляя/растрачивая ещё больше энергии.

У электромобилей гораздо более широкий диапазон оборотов для обеспечения эффективности, хотя я выяснил, что могу разогнаться до максимальной скорости примерно за 72–80 км/ч. Несмотря на то, что это показатель пиковой производительности (экономичности), двигатель достаточно эффективен на большинстве скоростей.

Как вы отметили, рекуперативное торможение тоже играет свою роль. Мне удалось вернуть примерно от 15 до 20 процентов, хотя верхний показатель встречается редко. Тем не менее плюс — это хорошо.

Пятнадцати процентов недостаточно, чтобы оправдать «импульсное» изменение скорости. Это отлично работает на спусках, но не возвращает энергию, затраченную на подъём.

Следует также отметить, что аэродинамическое сопротивление транспортного средства выше на высоких скоростях, хотя это касается как автомобилей с ДВС, так и электромобилей.

Я бы больше внимания уделил повышению эффективности на низких скоростях, а также снижению аэродинамического сопротивления и отсутствию потерь на холостом ходу, характерных для двигателей внутреннего сгорания.

Мне непонятно, что вы с чем сравниваете

• электромобили в городе vs на шоссе




• Город использует сжигание вместо электричества.

Для обоих типов сопротивление движению значительно выше при высокой скорости, чем при медленном движении.

Таким образом, для электродвигателя наиболее эффективным будет движение с минимально возможной постоянной скоростью.

Это было бы справедливо и для двигателей внутреннего сгорания, если бы не тот факт, что им нужны передачи, и я определил (опытным путем) на своем предыдущем дизельном автомобиле, что его расход топлива был наилучшим на самой низкой скорости, на максимальной передаче, которая составляла около 40 миль в час. Чуть быстрее - и расход топлива увеличивается. Чуть медленнее - и передача переключается вниз, что снова увеличивает расход топлива.

В автомобиле с двигателем внутреннего сгорания эта энергия теряется, расходуется впустую, рассеивается в виде тепла при торможении.

Но на открытой трассе разница между двумя типами двигателей меньше из-за фактора скорости, а также из-за меньшего количества торможений.

Что касается гибридных автомобилей: они работают как на топливе, так и на электричестве. Для коротких поездок по городу на аккумуляторе они подходят гораздо лучше, чем автомобили с двигателями внутреннего сгорания, по указанным выше причинам.

Однако на шоссе они не могут проехать далеко только на аккумуляторе, поэтому им приходится расходовать топливо. Сейчас лучше приводить колёса в движение напрямую, чем преобразовывать энергию в электричество и приводить колёса в движение с его помощью, потому что ни один процесс преобразования энергии не является на 100 % эффективным.

Поэтому, если вы в основном ездите по скоростным автомагистралям с постоянной скоростью, нет смысла использовать более дорогую гибридную технологию.

Простой ответ на вопрос, почему электромобиль более эффективен в городских условиях, чем на шоссе, заключается в том, что на низких скоростях сопротивление движению значительно меньше. Регенеративное торможение не влияет на этот показатель при постоянной скорости, но снижает потери энергии при движении с остановками. Однако система рекуперации никогда не сможет восстановить 100 % энергии, поэтому я предполагаю, что где-то должен быть точка безубыточности: многократное быстрое ускорение до предельной скорости в городе, чередующееся с резким торможением, может снизить эффективность, и тогда скорость на шоссе будет ниже постоянной.

С автомобилями с ДВС все наоборот, потому что в городе они работают на более низкой эффективной скорости, а также из-за невосполнимых потерь из-за остановки и холостого хода в неподвижном состоянии.