似乎所有類型的汽車都會受到溫度的影響,低溫到底是如何影響車輛的呢?
燃油車篇
這是一個有趣的話題,咱們先來講燃油車;先想一個問題,把一杯熱水放在室內,把另一杯水放在冰箱里,哪一杯水降溫快?答案當然是放在冰箱里的水降溫快。降溫快的原因是冰箱內的空氣溫度低,可以吸收更多的熱能,或者說水里的熱能更多且更快的傳導至冰箱里的空氣中。反之,冰箱外的空氣溫度較高,與水的溫差較小,那么熱能傳導速率就會慢一些。
簡而言之,溫差的大小會直接影響熱能傳導的速度,傳導速度自然等于關聯傳導程度。
燃油車發動機的理想運行溫度是恒定不變的,不論是在夏天還是在冬天,熱車溫度如果是90℃就都會達到該標準;夏天達到90℃之后也不會再上升,而是要加大散熱量來維持九十度的標準,冬季達到90℃之后則要降低散熱強度來維持溫度,不論是降低還是提高,該溫度是不變的。
那么90℃和不同季節的溫度就會有不同的溫差,夏季40℃氣溫的時候,溫差是50℃;冬季﹣20℃(零下二十度)的時候,溫差就是110℃!冬季和夏季的溫差懸殊非常大。所以冬季發動機熱能傳導速度和程度則會大于夏季,而燃油車的發動機最需要的就是熱能。
“內燃式活塞往復循環式熱機”是燃油車發動機的概念,關鍵點是“燃”!燃油在氣缸里燃燒產生熱能,熱能通過機械結構再轉化為動力。燃燒過程中釋放的能量在傳播過程中會形成推力,把活塞往下推就能帶動曲軸轉動以輸出動力。但是燃燒產生的熱能只有30%左右可以轉化為動力,剩余的部分會被機體、防凍冷卻液吸收一部分,這一部分叫做冷卻損耗;其次還有機體機械磨損的能量損耗,發動機進排氣過程也會損耗一部分能量。
這里重要要討論的是冷卻損耗,冬季過大的溫差會讓空氣過多的吸收發動機運行所產生的熱能。
發動機的冷卻系統有兩路,一路是依靠防凍冷卻液配合水箱、水泵的液冷系統,一路是依靠電子扇的風冷;發動機艙并不是密封的,液冷系統的散熱水箱雖然在車頭但也不能阻擋所有的風,冷風則會吹到發動機艙里,再加上電子扇的風則會更大程度的冷卻發動機機體。
于是低溫就會讓發動機的溫度過大程度的降低,隨后則是吸收更多熱能,本應該轉化為動力的一部分熱能就被過度冷卻掉了;此時會出現車輛動力減弱的情況,但是這種變化是從夏末到深冬的線性變化,溫度是一點點的降,動力也是一點點的減,所以大多數司機感受不到。不過卻會在駕駛過程中不自覺的提高轉速以拉升動力,油耗就在這個過程中慢慢的提高了;而且燃油車的耗油量不止是行駛油耗,還有怠速油耗,氣溫越低則怠速轉速越高,怠速提高轉速也是為了提高動力以維持發動機的平穩運轉。
參考下圖,怠速油耗真的不低。
一般燃油車在理想溫度環境中,怠速耗油量大約是發動機排量的一半;打開冷空調讓發動機帶動壓縮機運轉,轉速和耗油量都會提升,最高能超過發動機的排量。而氣溫越低冷卻損耗越大,怠速轉速升高之后的程度也能和使用冷空調相當;以主流家用車的1.5T發動機為例,一個小時(1h)的耗油量大約1.5-2.0L(升)之間,那么主要在城市道路通勤,不得不頻繁停車等待紅綠燈的話,一個冬天的怠速耗油量也會提高不少。
有些車子會把怠速油耗合并到百公里油耗顯示,于是油耗就會明顯升高;反之,有些車輛不合并怠速油耗,表顯耗油量雖然沒有變化,可是加油的頻率也會實實在在的提升。
電動汽車的續航
為什么電動汽車在冬季也會出現續航里程的縮減呢?
主要原因有兩點,無需長篇大論。
- 電池性能變化
- 暖風耗電量高
低溫會影響電池的性能,三元鋰電池受低溫影響程度小,磷酸鐵鋰電池則要大一些;不過這個因素并不是主要因素,現在的動力電池有預熱系統,有些還有脈沖加熱系統,溫控系統也會將電池組的溫度提升到理想運行標準。所以在不使用暖風的前提下,其耗電量的縮減比例就目前的汽車來說,一般都不超過10%。
真正導致冬季續航里程縮減的原因是暖風,燃油車的暖風基本不影響油耗,因其使用的是發動機防凍冷卻液的余熱來加溫。
而電動汽車沒有會高強度發熱的發動機,于是就只有用電加熱防凍冷卻液。
生活中常用的電熱水壺或電暖爐都是電加熱,把強電流輸入到高電阻導體上,電子在高電阻導體的“碰撞”能產生熱能;可是高電阻導體會比較耗電,所以電暖爐或小太陽的耗電量比空調還要夸張。同理,在汽車里也會有較高的耗電量,一般會達到5kW/1h左右,也就是一小時耗電五度左右的程度;恒溫之后會略低一些,但也要每小時消耗一兩度電。
普通家用車的百公里電耗一般才15kWh左右,一小時加五度的消耗,續航里程當然會大幅縮減。
電暖風系統還有另一類,是使用壓縮機的熱泵空調,其制熱原理和冷空調相同,無非是反過來;說白了就是從外部低溫空氣中吸取熱能,隨后再到車內釋放,家用空調的暖風也是用壓縮機的。
其耗電量大約每小時一度。
不過冷空氣中的熱能本就很有限,所以單純依靠熱泵空調不見得夠用,這也是家用空調會有“電輔熱”設定的原因;電輔熱說白了還是電加熱,電動汽車也會有,所以實際耗電量也會大一些。
這就是電動汽車冬季續航里程縮減的原因,和燃油車油耗升高的原因不同但結果相當,油耗升高也會造成燃油車的續航里程縮減且幅度不低。