อะไรกำหนดค่า kWh/100 กม.? ร่องรอยของการสูญเสียประสิทธิภาพ

รถคันเดียวกัน แบตเตอรี่เดียวกัน ถนนเส้นเดียวกัน: สิ่งที่กำหนดค่า kWh/100 km จริง ๆ ก็คือการสูญเสียประสิทธิภาพเล็กน้อยในทุกขั้นตอนของห่วงโซ่ตั้งแต่แบตเตอรี่จนถึงล้อ
รถคันเดียวกัน แบตเตอรี่เดียวกัน ถนนเส้นเดียวกัน: สิ่งที่กำหนดค่า kWh/100 km จริง ๆ ก็คือการสูญเสียประสิทธิภาพเล็กน้อยในทุกขั้นตอนของห่วงโซ่ตั้งแต่แบตเตอรี่จนถึงล้อ

แชร์หน้านี้

ค่า kWh/100 km แสดงปริมาณพลังงานที่ถูกดึงจากแบตเตอรี่ของยานพาหนะเพื่อเดินทางระยะ 100 กิโลเมตร ค่านี้ถูกกำหนดโดยวงจรที่สูญเสียแต่ละจุดในห่วงโซ่พลังงานจากแบตเตอรี่ถึงล้อ - ประสิทธิภาพของมอเตอร์และอินเวอร์เตอร์ ภาระการให้ความร้อนและระบายความร้อน แรงต้านอากาศพลศาสตร์ และแรงต้านการกลิ้ง แม้เป็นรถคันเดียวกัน แบตเตอรี่เดียวกัน และถนนเส้นทางเดียวกัน แต่สภาพที่แตกต่างกันก็สามารถเปลี่ยนแปลงค่านี้ได้อย่างมาก

ประเด็นเด่น

  • รถยนต์ไฟฟ้าทั่วไปใช้พลังงานประมาณ 15 kWh/100 km ค่าเช่น 15.5 ในเมืองและ 18.0 kWh/100 km บนทางด่วนเป็นเรื่องที่พบได้ทั่วไป
  • มอเตอร์ไฟฟ้าแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลไกประมาณ 80% ในขณะที่เครื่องยนต์เบนซินมีเพียง 15-30% ของพลังงานเชื้อเพลิงที่ถึงล้อ
  • การเพิ่มความเร็วเป็นสองเท่าทำให้แรงต้านอากาศเพิ่มขึ้นสี่เท่า แรงต้านนี้อาจคิดเป็นถึง 50% ของการใช้พลังงานบนทางด่วน
  • ที่อุณหภูมิใกล้จุดเยือกแข็ง การสูญเสียระยะทางเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 20%
  • แบตเตอรี่เดียวกันก็เปลี่ยนระยะทางได้แม้แต่ขนาดล้อ: การเปลี่ยนจาก 18 นิ้วเป็น 20 นิ้วอาจทำให้ประสิทธิภาพลดลง 14%

เมื่อมองตารางการใช้พลังงานของรถยนต์ไฟฟ้า คุณกำลังอ่านบรรทัดสุดท้ายของการไหลของพลังงาน กิโลวัตต์-ชั่วโมงแต่ละหน่วยที่ออกจากแบตเตอรี่จะเดินทางจากอินเวอร์เตอร์ไปยังมอเตอร์ และจากมอเตอร์ไปยังล้อ ตลอดเส้นทางจะถูกใช้ไปในรูปของความร้อน การสูญเสียทางแม่เหล็ก และแรงต้านที่ยางกดลงบนพื้นผิว ในบทความนี้เราจะติดตามการเดินทางนั้นตั้งแต่ต้นจนจบ และอธิบายผ่านห่วงโซ่การสูญเสียว่าทำไมรถคันเดียวกันจึงแสดงค่าได้ 14 ในวันหนึ่ง และ 22 kWh/100 km ในวันรุ่งขึ้น

จากแบตเตอรี่ถึงล้อ: พลังงานสูญหายตรงไหน?

ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้ามีประสิทธิภาพมากกว่าระบบขับเคลื่อนเบนซินอย่างเป็นโครงสร้าง แต่ "มีประสิทธิภาพ" ไม่ได้หมายถึง "ไร้การสูญเสีย" แต่ละวงจรในห่วงโซ่ล้วนมีส่วนร่วม ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ การสูญเสียการสวิตชิ่งของอินเวอร์เตอร์ การสูญเสียทางไฟฟ้าและแม่เหล็กในมอเตอร์ แรงเสียดทานเชิงกลในระบบขับเคลื่อน - ทั้งหมดนี้เปลี่ยนพลังงานบางส่วนที่ดึงจากแบตเตอรี่ให้กลายเป็นความร้อน

วงจรที่สูญเสียมากที่สุดในห่วงโซ่คือมอเตอร์ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีประสิทธิภาพแบบคูลอเมตริกเกิน 99% หมายความว่าแบตเตอรี่แทบไม่สูญเสียอะไรเลยในรูปความร้อน แต่มอเตอร์เป็นอีกเรื่อง: การสูญเสียโอห์มมิก (ทองแดง) ในขดลวด การสูญเสียเหล็กในวงจรแม่เหล็ก และการสูญเสียที่แม่เหล็กถาวรต้องเผชิญในมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ล้วนจำกัดการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลไก มอเตอร์แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลไกประมาณ 80% ในขณะที่เครื่องยนต์เบนซินที่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่หลายร้อยถึงหลายพันชิ้นมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดตามทฤษฎีอยู่ในช่วง 35-40% และมีเพียง 15-30% ของพลังงานเชื้อเพลิงที่ถึงล้อ การเปรียบเทียบเพียงครั้งเดียวนี้สรุปได้ว่าทำไมค่าการใช้พลังงานของรถยนต์ไฟฟ้าจึงต่ำโดยทั่วไป

อินเวอร์เตอร์ที่อยู่ระหว่างมอเตอร์กับแบตเตอรี่แปลงกระแสตรงเป็นกระแสสลับสามเฟสที่เหมาะสมกับมอเตอร์ และการสูญเสียส่งผลโดยตรงต่อระยะทาง สวิตชิ่งลอส หมายถึงการที่เซมิคอนดักเตอร์ปล่อยพลังงานจำนวนหนึ่งออกไปในรูปความร้อนทุกครั้งที่เปิดและปิด ยิ่งประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์สูงเท่าไร ระยะทางและประสิทธิภาพด้านความร้อนยิ่งดีขึ้นเท่านั้น อินเวอร์เตอร์เดียวกันนี้ยังมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเบรกสร้างพลังงานใหม่ เพราะในระหว่างการกู้คืนพลังงาน พลังงานจะไหลย้อนทิศจากมอเตอร์ไปยังแบตเตอรี่ผ่านอิเล็กทรอนิกส์กำลังชุดเดียวกัน

ประเภทมอเตอร์ส่งผลต่อประสิทธิภาพอย่างไร?

ยานยนต์ไฟฟ้ามีตระกูลมอเตอร์พื้นฐานสองประเภท ได้แก่ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร และมอเตอร์อะซิงโครนัส (อินดักชัน) ความแตกต่างนี้มีต้นตอมาจากหลักการทางกายภาพที่เรียกว่าการเลื่อนไถล ("slip") ในมอเตอร์ซิงโครนัส โรเตอร์จะหมุนแบบซิงโครไนซ์ทีละขั้นกับสนามแม่เหล็กหมุนของสเตเตอร์ ส่วนในมอเตอร์อะซิงโครนัส โรเตอร์จะล้าหลังจากสนามของสเตเตอร์อย่างตั้งใจเพื่อให้สามารถสร้างแรงบิดได้ และความแตกต่างนี้จะปรากฏออกมาในรูปของการสูญเสียในวงจรโรเตอร์ ด้วยเหตุนี้ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงมีประสิทธิภาพสูงกว่าโดยทั่วไปอยู่ไม่กี่จุด - ระบุว่าความแตกต่างอยู่ในระดับประมาณ 2-3%

ในทางกลับกัน มอเตอร์อะซิงโครนัสก็มีข้อได้เปรียบในแบบของตัวเอง: เริ่มทำงานเองได้ ให้ประสิทธิภาพที่มั่นคงที่รอบสูง และไม่มีต้นทุนแม่เหล็ก ผู้ผลิตหลายรายจึงเลือกใช้ระบบแบบไฮบริด: มอเตอร์ซิงโครนัสสำหรับระบบขับเคลื่อนหลักที่ประสิทธิภาพมีความสำคัญ และมอเตอร์อะซิงโครนัสสำหรับเพลารอง การรู้ว่ารถติดตั้งมอเตอร์ประเภทใดเมื่ออ่านค่าการใช้พลังงาน จะช่วยอธิบายส่วนหนึ่งของความแตกต่างหนึ่งถึงสอง kWh ในตารางของรถสองคันในคลาสเดียวกัน

ความเร็วและอากาศพลศาสตร์: ปัจจัยที่เพิ่มการใช้พลังงานเร็วที่สุด

Otoyol hızlarında aerodinamik sürükleme tüketicinin yarısına kadar yüklenirken, hız arttıkça menzil üstel biçimde eriyip gider.

สาเหตุหลักที่ยานยนต์ไฟฟ้าใช้พลังงานมากกว่าบนทางด่วนเมื่อเทียบกับในเมือง คือกฎฟิสิกส์ง่าย ๆ ข้อหนึ่ง: แรงต้านทางอากาศพลศาสตร์เพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความเร็ว เมื่อคุณเพิ่มความเร็วเป็นสองเท่า แรงต้านอากาศจะเพิ่มขึ้นเป็นสี่เท่า และกำลังที่จำเป็นในการเอาชนะมันจะเพิ่มขึ้นเร็วยิ่งกว่านั้น นี่คือเหตุผลที่ยานยนต์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพลดลงอย่างมากที่ความเร็วสูง และค่าบนทางด่วนในตารางระยะทางจึงสูงกว่าค่าในเมืองเสมอ

ขนาดของผลนี้เป็นรูปธรรม: แรงต้านทางอากาศพลศาสตร์สามารถมีส่วนในการใช้พลังงานรวมได้ถึง 50% ที่ความเร็วบนทางด่วน การลดแรงต้านลง 10% จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพบนทางด่วนประมาณ 5% - นี่คือสิ่งที่อธิบายว่าทำไมความแตกต่างในการออกแบบกันชนหน้าหรือฝาครอบล้อจึงได้รับความสำคัญ ส่วนขยายหนึ่งของกฎข้อนี้ก็คือ: ความเร็วที่มีประสิทธิภาพสูงสุดตามทฤษฎีของยานยนต์ไฟฟ้าอยู่ในระดับที่ต่ำมาก เพราะการใช้พลังงานคงที่ เช่น เครื่องปรับอากาศ ระบบทำความร้อน และระบบไฟฟ้า กินสัดส่วนที่ค่อนข้างใหญ่ที่ความเร็วต่ำ ในขณะที่ความเร็วเพิ่มขึ้น แรงต้านทางจะกลายเป็นปัจจัยเด่น ในทางปฏิบัติ ช่วงความเร็วที่มีประสิทธิภาพสูงสุดคือช่วงกลาง ซึ่งการใช้พลังงานคงที่ถูกลดทอนลงและแรงต้านยังไม่พุ่งสูงขึ้น

ยาง ล้อแม็ก และแรงต้านการกลิ้ง

ยิ่งความเร็วลดลง แรงต้านอากาศยิ่งลดลง และแรงต้านการกลิ้งจะเข้ามาเป็นพระเอกของเรื่องแทน ยางสามารถส่งผลต่อระยะทางของยานยนต์ไฟฟ้าในช่วง 20-40% ในรถเบนซินพลังงานสูญเสียไปกับล้อราว 5% แต่ในรถไฟฟ้าสัดส่วนนี้สูงถึง 16% - เนื่องจากพลังงานรวมในรถไฟฟ้ามีน้อยอยู่แล้ว สัดส่วนของการสูญเสียแต่ละส่วนจึงใหญ่

แรงดันล้อก็มีส่วนเกี่ยวข้องด้วย: แรงดันต่ำกว่าค่าแนะนำทุก PSI จะเพิ่มแรงต้านการกลิ้งและดูดพลังงานจากแบตเตอรี่มากขึ้น ขนาดล้อก็สร้างความแตกต่างที่สะท้อนไปถึงแม้แต่เอกสารของผู้ผลิต ในHyundai Ioniq 6ที่ใช้แบตเตอรี่ 77.4 kWh เหมือนกัน การเปลี่ยนจากล้อ 18 นิ้วเป็น 20 นิ้ว - หรือล้อใหญ่ขึ้นเพียง 11% - ทำให้ประสิทธิภาพลดลง 14% ล้อขนาดใหญ่หมายถึงพื้นที่สัมผัสกว้างขึ้นและแรงด้านข้างที่แข็งกระด้างขึ้นเมื่อเทียบกับยางโปรไฟล์หนา การผสมผสานระหว่างล้อขนาดเล็กและโปรไฟล์หนายังคงให้ระยะทางที่ยาวนานที่สุด

  • รักษาแรงดันยางตามค่าแนะนำ แรงดันที่ขาดหายไปทุก PSI สะท้อนอยู่ในบิลแบตเตอรี่
  • สภาพถนนหิมะ โคลน และพื้นเย็น เพิ่มแรงต้านการกลิ้ง
  • ในการเลือกล้อ มีการแลกเปลี่ยนโดยตรงระหว่างดีไซน์กับระยะทาง

การทำความร้อนและความเย็นในห้องโดยสาร: การบริโภคที่มองไม่เห็น

ในรถเบนซิน การทำความร้อนห้องโดยสารมาเกือบฟรีจากความร้อนส่วนเกินของเครื่องยนต์ รถไฟฟ้าไม่มีความหรูหราเช่นนี้: เครื่องปรับอากาศ ระบบทำความร้อน และระบบเสริมทั้งหมด ได้รับพลังงานโดยตรงจากแบตเตอรี่แรงสูง นั่นคือบางส่วนของค่า kWh/100 กม. ไม่ได้ไปถึงล้อเลย แต่ไปที่ตัวทำความร้อนและคอมเพรสเซอร์ รถโดยเฉลี่ยต้องการกำลังทำความร้อน 4-8 kW ในอากาศเย็น - ซึ่งใกล้เคียงกับกำลังขับของเครื่องยนต์ และสามารถเพิ่มการบริโภคเป็นสองเท่าได้ง่ายๆ ในความเร็วต่ำในเมือง

ผลของความเย็นมีขนาดที่วัดได้ ที่อุณหภูมิใกล้จุดเยือกแข็ง การสูญเสียระยะทางเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 20% และเพิ่มขึ้นเมื่ออากาศเย็นลง ในการศึกษาหนึ่ง ที่ -7°C ระยะทางของรถไฟฟ้าลดลง 41% ในสภาพใกล้เคียงกัน รถเบนซินลดลงเพียง 10% การสูญเสียระยะทางในอากาศเย็นไม่ได้มีสาเหตุเดียว: การทำความร้อนห้องโดยสาร ความต้านทานภายในสูงของแบตเตอรี่เย็น และแรงต้านการกลิ้งที่เพิ่มขึ้น ล้วนมีส่วนในบิลเดียวกัน ปั๊มความร้อนคือเทคโนโลยีหลักที่บรรเทาบิลนี้ เมื่อเทียบกับตัวทำความร้อน สามารถเพิ่มระยะทางได้ 8-10% ในสภาพเย็น

ความร้อนจัดก็เพิ่มการบริโภคเช่นกัน: ในช่วง 46-50°C การบริโภคพลังงานเพิ่มขึ้นถึง 28% เมื่อเทียบกับ 26-30°C ภาระของคอมเพรสเซอร์และความพยายามของการจัดการความร้อนในการรักษาแบตเตอรี่ให้เย็นคือสาเหตุหลัก ในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม - ประมาณ 10-30°C - รถไฟฟ้าใช้ระยะทางได้เต็มที่หรือมากกว่า ช่วงนี้คือสภาพแวดล้อมที่ใกล้เคียงที่สุดกับเงื่อนไขอ้างอิงที่ใช้วัดค่าการบริโภคทางการ

ทำไมเมืองจึงชนะทางหลวง? ส่วนแบ่งของการเบรกแบบสร้างพลังงานใหม่

ในรถเบนซิน ไฟจราจรคือการสูญเปล่าอย่างสมบูรณ์ แต่ในรถไฟฟ้า การเบรกคือกระบวนการเก็บเกี่ยวพลังงาน การเบรกแบบสร้างพลังงานใหม่แปลงพลังงานจลน์ของรถเป็นไฟฟ้าโดยทำให้มอเตอร์ทำงานเหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และเขียนกลับเข้าแบตเตอรี่ พลังงานจลน์ที่เก็บได้ 60-70% สามารถกลับเข้าแบตเตอรี่ได้ เหตุการณ์การเบรก 25-40% สามารถกู้คืนได้ด้วยวิธีสร้างพลังงานใหม่ ในการใช้งานแบบผสมระหว่างเมืองและทางด่วน คาดว่าการกู้คืนพลังงานอยู่ที่ประมาณ 22% ในยานยนต์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบ ในการจราจรแบบหยุด-เคลื่อน อัตรานี้มีนัยสำคัญยิ่งขึ้น และเมื่อลงทางชันแบตเตอรี่จะเพิ่มพลังงานกลับเข้าไปได้จริง

ผลลัพธ์ตรงข้ามกับความเคยชินแบบดั้งเดิม: หลายรุ่นได้เศรษฐศาสตร์พลังงานดีขึ้น 15-25% ในการขับขี่ในเมือง แต่ประสิทธิภาพบนทางด่วนลดลง 10-30% ส่วนใหญ่ของความต่างระหว่างเมือง-ทางด่วนในค่า kWh/100 กม. ของรถคันเดียวกันมาจากตรงนี้ - ในเมืองการเบรกจะป้อนพลังงานกลับคืน แต่บนทางด่วนหน้าที่ของเรามีเพียงการเอาชนะแรงต้าน

ความแตกต่างระหว่างค่าทางการกับค่าจริง

ค่า kWh/100 กม. ในแคตตาล็อกถูกผลิตขึ้นภายใต้โปรโตคอลการทดสอบที่กำหนดไว้ ที่อุณหภูมิที่วัดได้ และด้วยคอมโบเบล-ยางเฉพาะ แต่ถนนจริงกลับเล่าเรื่องอื่น: ความเร็วในการขับ อุณหภูมิภายนอก การทำความร้อนในห้องโดยสาร แรงดันลมยาง น้ำหนักบรรทุก และสไตล์การขับขี่ ล้วนทำให้รถคันเดียวกันแสดงค่าต่างกัน ผู้ผลิตเองก็ระบุเรื่องนี้ไว้อย่างชัดเจน: ระยะทางสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ภูมิประเทศ อายุแบตเตอรี่ และน้ำหนักบรรทุก ความเบี่ยงเบนถึง 41% ที่อุณหภูมิ -7°C แสดงให้เห็นขนาดของคำเตือนนี้

เมื่ออ่านค่าการใช้พลังงาน การจดจำตารางนี้จะมีประโยชน์:

ปัจจัย ผลต่อการใช้พลังงาน
ความเร็วบนทางด่วน แรงต้านเพิ่มขึ้นตามกำลังสองของความเร็ว ประสิทธิภาพบนทางด่วนลดลง 10-30%
อากาศเย็น (-7°C) การสูญเสียระยะทางอยู่ในช่วง 16-46% เฉลี่ยประมาณ 20-41%
การทำความร้อนห้องโดยสาร กำลังไฟ 4-8 กิโลวัตต์ ปั๊มความร้อนเพิ่มระยะทาง 8-10%
ยางและล้อ มีผลต่อระยะทาง 20-40% การเปลี่ยนจาก 18" เป็น 20" สูญเสียประสิทธิภาพ 14%
การขับขี่ในเมือง เศรษฐศาสตร์พลังงานดีขึ้น 15-25% ด้วยการเบรกแบบรื้นฟื้นพลังงาน

วิธีปฏิบัติในการลดค่าการใช้พลังงาน

หากคุณรู้จักลูกโซ่ของการสูญเสีย แสดงว่าคุณรู้แล้วว่าควรเริ่มจากตรงไหนเพื่อปรับปรุงค่าดังกล่าว มีสามรายการที่โดดเด่น: การควบคุมความเร็ว การจัดการภาระของห้องโดยสาร และการควบคุมยาง การลดการใช้พลังงานคงที่ด้วยปั๊มความร้อน การลดแรงต้านการกลิ้งด้วยแรงดันลมยางที่ถูกต้องและล้อขนาดเล็กหากเป็นไปได้ และการลดภาระแรงต้านบนทางด่วนด้วยวินัยด้านความเร็ว - ทั้งสามอย่างร่วมกันสร้างความต่างที่วัดได้ในรถคันเดียวกัน ควรคำนึงเพิ่มเติมด้วยว่าพลังงาน 12-15% ที่เติมเข้าแบตเตอรี่สูญหายไประหว่างกระบวนการชาร์จ การใช้พลังงานเกิดขึ้นไม่เพียงระหว่างการขับขี่ แต่ยังรวมถึงเส้นทางจากเต้ารับไปยังแบตเตอรี่ด้วย

โดยสรุป kWh/100 กม. ไม่ใช่คุณสมบัติของยานพาหนะ แต่เป็นผลลัพธ์ของระบบ แบตเตอรี่ มอเตอร์ อินเวอร์เตอร์ ยาง และอากาศ - ทั้งห้าล้วนมีส่วนกำหนดตัวเลขนั้น เมื่อคุณเข้าใจว่าทำไมค่านี้จึงเปลี่ยนแปลง การประมาณระยะทางก็ไม่ใช่การเสี่ยงดวงอีกต่อไป แต่กลายเป็นปัญหาทางวิศวกรรมที่วัดได้

แหล่งอ้างอิง