答案并非显而易见,因为加上变速箱会给经济性带来两方面影响:
- 电机效率变高:高速换高档,低速用低档,使电机工作在较佳工况。
- 传动效率降低:变速箱传动效率并非100%,自身也会有损耗;变速器会增加车重,还要再配一个离合器,也会降低续航。
注:以下分析仅适用于乘用车
七八年前恰好研究过这一问题,在此与大家分享一下。考虑三种情况:
- 大电机A + 无变速箱
- 大电机A + 2档变速箱
- 小电机B + 2档变速箱
仿真结果如下:
- 方案1b与方案2a:若选定合适的减速比,无变速器的方案1与2档变速器的方案2,能实现的最低百公里电耗(也就是续航里程)是相同的!
- 方案2的优势: 增加2档变速器的方案2并非一无是处,例如方案2a能实现的最高车速为136km/h,远高于方案1b的96km/h;方案2b能实现的50公里加速为4.39秒,远强于方案1b的5.81秒。
敏锐的你也许已经发现了,在设计电动汽车时: 百公里电耗、最高车速、加速性能是3个trade-off指标,提高一个必然性能会降低至少另外一个性能。每一个最优解,都是多目标优化问题中传说中的帕累托最优解(Pareto Front)。
增加2档变速箱的意义,就在于增加了可行域,可以让设计者选择更好的帕累托最优解。可惜的是,在上述这个例子中,增加了可行域并未带来更高的续航里程。
讲到这里,已足以回答此问题了:
- 电动汽车增加变速箱,不一定能使续航里程变长。原因在于: 电机高效率区间高,增加变速箱的优化潜力较小;变速箱本身较重,会降低续航;变速箱本身的传动损耗会降低续航。
- 换个说法就是:若选择传动效率高、重量低、档位更多的变速箱,是有可能增加续航的。但采购变速箱也是要钱的,集成变速箱还要养一个团队的。同样的钱,你加点电池不更好吗?
燃油车的必需品,却成了电动汽车的鸡肋?
你可能奇怪,为什么变速箱在燃油车上是必需品,在电动车上却成了鸡肋呢?
为阐述这一问题,咱们要对比一下发动机与电机的特性。
先说发动机:
- 低速肾虚(<1000rpm): 当发动机转速低的时候,不止是效率低,是根本使不上劲,所以发动机必须要配一个离合器。因为本来就必须有离合器,增加变速箱不必额外增加离合器了,阻力就小一点。
- 高速昏厥(>6000rpm):普通的发动机4000多转就已经很痛苦了,不仅效率低长期工作寿命也会降低。至于六千八千一万转?这么高就上不去了。
- 中速矫情(1000-6000rpm):即便转速不高也不低,在合理的中速范围内,发动机的效率也差别非常大。这也是为什么4档变速箱都满足不了它,还要7档8档9档,才能伺候好。
对比电机:
- 中低速强劲:简单地说电机就没有低速这个概念,低速照样可以出最大扭矩,所以不依赖离合器。在不需要离合器的情况下,你要增加变速箱就得额外加个离合器,成本就高了。
- 高速狂飙: 以常见的特斯拉与蔚来用的感应电机为例,典型最高转速都达到了18000rpm以上。
由于发动机与电机特性不同,变速箱对发动机是必需品,对电机来说就是鸡肋了。
- 对发动机来说,变速箱是必需品;变速箱首先解决了发动机可不可以用的问题,顺带着帮忙优化了效率。否则,在环保节能不那么重要的上古时代,燃油车也未必一定要装变速箱!
- 对电机来说,不存在离开变速箱就不能用的问题。仅从优化效率的角度考虑,不太值得装变速箱。
更多细节可参考以下两个回答: