分析E级方程式为零排放驾驶的作用

尖端技术

在北京举办的第一场E级方程式比赛让车迷们沸腾不已，也证明该系列赛并非噱头。在这项激烈赛事中冠军最终由 Audi Sport ABT车队的前F1车手Lucas di Grassi获得。在总计52分钟的比赛中di Grassi的平均时速为127.5公里每小时（79.2英里每小时）。排在第二位的是Andretti车队的前雷诺F1测试车手和三级方程式选手Franck Montagny，成绩仅落后第一名2.9秒。

尽管E级方程式的性能表现优异，但并没有给从事商业EV设计的汽车工程师带来多少惊喜。尽管最新型的EV多用锂离子电源组，不过其能源密度大约为700瓦时/升，要远低于汽油的10千瓦时/升，但EV不会排出有毒气体，而且还有一些其它优势。其中关键的一点是，与燃气发动机相比电机的效率更高，在驱动车辆行驶时，EV电能到机械能的转换率为75%到85%，而燃气发动机化学能转为机械能的效率只有25%到30％。其次，EV的电动机比汽油发动机更紧凑，更节省空间，因此可以容纳更多的电池并带来更大的整体能量。（图1）

图1：EV电动马达，比如在BMW i3中所用的这个，更轻便也更小巧。（版权所有：BMW）

尽管如此，同中档的EV的相比，传统汽车整体性能更好，巡航范围也更大。纠其原因，主要是因为内燃机拥有130多年的历史研发积累。虽然EV本身可能比大家认为的发明时间更早——电池动力汽车可以追溯到19世纪30年代，甚至可能更早——但只是在过去的20年间，各大汽车厂商才纷纷投入可用资源进行EV的密集开发。

这样的结果是，电动汽车正在快速迎头赶上燃油汽车。比如特斯拉的最新款产品，Model S，它是一款后轮驱动的电动汽车，其动力来源于60或85千瓦时的锂离子电池组。 Model S上面有一个安装在后轴中部的三相四极AC感应铜转子电机，内含一个液体冷却的动力总成，能够驱动2100公斤（4630磅）的车辆以210公里/小时（130英里）的最高时速行驶，续航里程为425公里（265英里）。这个高大上的车辆还有其它一些特性，包括一个变频驱动器和带能量回收的制动系统。

在低转速时燃气发动机产生的扭矩和功率都较小，这意味着必须通过一系列齿轮，以使发动机能够快速提升转速以达到不错的加速效果。即使这样，最大功率和扭矩仅受限于相对较窄的转速段内，达到最大扭矩时转速为最大值的一半，而达到最大功率时转速接近最大极限，因此为满足不同的道路状况，需要频繁换档（图2）。相比之下，EV可以在一开始就输出最大扭矩，并平滑的持续提供功力，只在最高转速区内尾部动力有所下降。相应地，电机的输出功率将在整个转速范围内平滑上升，即便是在转速上限的尾部也基本没有下降（图3）。

图2内部火塞引擎在峰值扭矩输出时转速为最大值的一半，并且峰值功率输出仅限于相对狭窄的转速范围内。（版权所有：Woodbank通讯有限公司）

图3电机从零转速开始输出峰值扭矩，车辆加速非常快。（版权所有：迈凯拉轮应用技术）

因为电机输出动力的方式特殊，具有较低标称性能的EV在起步时表现接近于一个性能更强的传统车辆。比如，Model S，具有一个310千瓦（416马力）的发动机，其输出扭矩为600牛米（443磅•英尺），可以推动车辆在4.2秒内从0加速到100公里/小时（62英里）。这种加速效果甚至超出宝马M5，要知道后者是一款高性能著称的欧洲运动轿车，具备与前者相似的大小，只是重量略低（1945公斤（4288磅）），但却拥有一个418千瓦（560马力）、680牛米（500磅•英尺）的燃油发动机。