似乎所有类型的汽车都会受到温度的影响,低温到底是如何影响车辆的呢?
这是一个有趣的话题,咱们先来讲燃油车;先想一个问题,把一杯热水放在室内,把另一杯水放在冰箱里,哪一杯水降温快?答案当然是放在冰箱里的水降温快。降温快的原因是冰箱内的空气温度低,可以吸收更多的热能,或者说水里的热能更多且更快的传导至冰箱里的空气中。反之,冰箱外的空气温度较高,与水的温差较小,那么热能传导速率就会慢一些。
简而言之,温差的大小会直接影响热能传导的速度,传导速度自然等于关联传导程度。
燃油车发动机的理想运行温度是恒定不变的,不论是在夏天还是在冬天,热车温度如果是90℃就都会达到该标准;夏天达到90℃之后也不会再上升,而是要加大散热量来维持九十度的标准,冬季达到90℃之后则要降低散热强度来维持温度,不论是降低还是提高,该温度是不变的。
那么90℃和不同季节的温度就会有不同的温差,夏季40℃气温的时候,温差是50℃;冬季﹣20℃(零下二十度)的时候,温差就是110℃!冬季和夏季的温差悬殊非常大。所以冬季发动机热能传导速度和程度则会大于夏季,而燃油车的发动机最需要的就是热能。
“内燃式活塞往复循环式热机”是燃油车发动机的概念,关键点是“燃”!燃油在气缸里燃烧产生热能,热能通过机械结构再转化为动力。燃烧过程中释放的能量在传播过程中会形成推力,把活塞往下推就能带动曲轴转动以输出动力。但是燃烧产生的热能只有30%左右可以转化为动力,剩余的部分会被机体、防冻冷却液吸收一部分,这一部分叫做冷却损耗;其次还有机体机械磨损的能量损耗,发动机进排气过程也会损耗一部分能量。
这里重要要讨论的是冷却损耗,冬季过大的温差会让空气过多的吸收发动机运行所产生的热能。
发动机的冷却系统有两路,一路是依靠防冻冷却液配合水箱、水泵的液冷系统,一路是依靠电子扇的风冷;发动机舱并不是密封的,液冷系统的散热水箱虽然在车头但也不能阻挡所有的风,冷风则会吹到发动机舱里,再加上电子扇的风则会更大程度的冷却发动机机体。
于是低温就会让发动机的温度过大程度的降低,随后则是吸收更多热能,本应该转化为动力的一部分热能就被过度冷却掉了;此时会出现车辆动力减弱的情况,但是这种变化是从夏末到深冬的线性变化,温度是一点点的降,动力也是一点点的减,所以大多数司机感受不到。不过却会在驾驶过程中不自觉的提高转速以拉升动力,油耗就在这个过程中慢慢的提高了;而且燃油车的耗油量不止是行驶油耗,还有怠速油耗,气温越低则怠速转速越高,怠速提高转速也是为了提高动力以维持发动机的平稳运转。
参考下图,怠速油耗真的不低。
一般燃油车在理想温度环境中,怠速耗油量大约是发动机排量的一半;打开冷空调让发动机带动压缩机运转,转速和耗油量都会提升,最高能超过发动机的排量。而气温越低冷却损耗越大,怠速转速升高之后的程度也能和使用冷空调相当;以主流家用车的1.5T发动机为例,一个小时(1h)的耗油量大约1.5-2.0L(升)之间,那么主要在城市道路通勤,不得不频繁停车等待红绿灯的话,一个冬天的怠速耗油量也会提高不少。
有些车子会把怠速油耗合并到百公里油耗显示,于是油耗就会明显升高;反之,有些车辆不合并怠速油耗,表显耗油量虽然没有变化,可是加油的频率也会实实在在的提升。
为什么电动汽车在冬季也会出现续航里程的缩减呢?
主要原因有两点,无需长篇大论。
低温会影响电池的性能,三元锂电池受低温影响程度小,磷酸铁锂电池则要大一些;不过这个因素并不是主要因素,现在的动力电池有预热系统,有些还有脉冲加热系统,温控系统也会将电池组的温度提升到理想运行标准。所以在不使用暖风的前提下,其耗电量的缩减比例就目前的汽车来说,一般都不超过10%。
真正导致冬季续航里程缩减的原因是暖风,燃油车的暖风基本不影响油耗,因其使用的是发动机防冻冷却液的余热来加温。
而电动汽车没有会高强度发热的发动机,于是就只有用电加热防冻冷却液。
生活中常用的电热水壶或电暖炉都是电加热,把强电流输入到高电阻导体上,电子在高电阻导体的“碰撞”能产生热能;可是高电阻导体会比较耗电,所以电暖炉或小太阳的耗电量比空调还要夸张。同理,在汽车里也会有较高的耗电量,一般会达到5kW/1h左右,也就是一小时耗电五度左右的程度;恒温之后会略低一些,但也要每小时消耗一两度电。
普通家用车的百公里电耗一般才15kWh左右,一小时加五度的消耗,续航里程当然会大幅缩减。
电暖风系统还有另一类,是使用压缩机的热泵空调,其制热原理和冷空调相同,无非是反过来;说白了就是从外部低温空气中吸取热能,随后再到车内释放,家用空调的暖风也是用压缩机的。
其耗电量大约每小时一度。
不过冷空气中的热能本就很有限,所以单纯依靠热泵空调不见得够用,这也是家用空调会有“电辅热”设定的原因;电辅热说白了还是电加热,电动汽车也会有,所以实际耗电量也会大一些。
这就是电动汽车冬季续航里程缩减的原因,和燃油车油耗升高的原因不同但结果相当,油耗升高也会造成燃油车的续航里程缩减且幅度不低。