电动车电机与传统燃油车发动机的对比分析

青岛市技师学院 王 展

众所周知，发动机是传统燃油车的心脏，发动机的性能也是传统燃油车制造的核心技术。对于电动车，电机则是电动车的关键技术之一，它在电动车上的作用类似传统燃油车的发动机，但电机与发动机在基本物理特性方面存在很多不同之处。本文通过对电机与发动机的驱动方式和特性进行对比分析，能进一步掌握电动车的特点，为电动车的性能优化及故障检修提供参考。

1 传统燃油车和电动车的对比分析

电动车的原始能量是电能，燃油车的原始能量是燃油。从原始能量出发到经过各大系统最终传递给驱动车轮，能量经过了层层转化，在转化的过程中必然有能量的损失。根据研究资料显示，传统燃油车原油提炼效率约为92%，燃油输送效率约为98%，发动机能量转换效率约为9.6%。经过计算可得到，燃油车的能量转换总效率约为8.65%。电动车发电效率约为53%，输电效率约为96%，充电效率约为85%，电机能量转换效率约为80%。计算得出电动车的能量转换总效率约为34.6%。由此可见，燃油车对原始能量的利用率远远低于电动车。另外，燃油的生产和运输也要比电能更为复杂。综合来看，电动车要比燃油车更节能。但是，电动车和传统燃油车相比，仍存在不足。

（1）充电时间较长。由于受到当前新能源汽车产业的发展制约，充电桩未能像加油站一样遍布城市乡村的各个角落。因此，电动车的充电不可能像燃油车加油一样方便快捷。并且电动车一次充满电需要的时间较长，电能的储存和输送都没有燃油方便。但这并非电机本身的问题，主要是受相关配套设施的影响。

（2）续航里程较短。由于发动机所加的燃油比较轻，通常几十升燃油就能够让车辆行驶较远的路程。而电能则必须使用电池或者电容来存储，若要和燃油储存同样多的能量，则需要教大的附加质量。此外，加满燃油的燃油车通常能行驶400 km～500 km，而电动车一次充满电的续航里程最多能实现前者的50%。若想获取更强的续航能力，则需要增加动力电池的容量。这也并非电机本身的问题，主要是动力电池的储能水平限制了电动车的发展。

（3）不能直接利用热能进行取暖。传统燃油车冬季车厢内是利用发动机的余热来取暖的。而电动车的电机虽然也会发热，也需要加装专门的冷却装置，但其散发的热量远远达不到冬季空调取暖所需要的热量，这就需要另外配备加热器来取暖。

2 电动车电机与传统燃油车发动机对比分析

传统燃油车发动机将燃烧的热能转化为动能输出，在日常生活中并不多见。电机是将电场能转化为磁场能，再将磁场能转变为动能来工作的，在日常生活中随处可见。几乎所有的家电产品都用到了电机，甚至传统的燃油车上也用到了近100个电机。电机作为电动车的动力来源，对控制技术要求更高，比发动机具有更高的可塑性和更大的优势。电机和发动机在能量转换效率、维护等各方面的比较见表1所列。

（1）T-N特性比较。如果用横坐标表示转速，纵坐标表示转矩，就可以绘制出转矩与转速特性（T-N）图。转速衡量输出动力的速度，转矩是力与旋转半径的乘积，用来衡量输出动力的大小。从某款车采用电机和发动机进行驱动的数据结果可以看出，在同样的最大输出功率下，电机输出的最大转矩可达发动机的2倍。同时发现，电机可以在低速状态下实现高转矩，说明其比传统燃油车具有更优的起步和加速性能。

（2）动力性能比较。对比分析发动机和电机的T-N特性，二者之间的差异比较大，但也并不能只从T-N特性就能判断车辆本身的动力性能。因为车辆在行驶过程中，转矩与转速是时刻动态变化的。例如，爬坡工况需要低转速大转矩，高速工况需要高转速低转矩。因此，在不同的工况下比较电机和发动机的综合性能，才能体现二者的动力性能。

发动机要想实现低转速高转矩和高转速低转矩的特性，必须配合使用复杂的变速装置。而电机则可以通过编辑控制程序，控制流经电机线圈的相电流来建立特性曲线。因此电动车在变速装置的设计上可以简化，往往只需要配合适当的减速器就可以得到需要的行驶性能，并不要经过齿轮换挡，避免了齿轮变速过程中的能量损失。

（3）转速利用范围比较。对传统燃油车来说，需要等到空气与燃油充分混合之后，才能在发动机气缸中进行有规律地燃烧和爆发，进而推动活塞在气缸内做上下往复运动，连续输出转矩。在发动机转速为0 r/min的时候，可燃混合气不会燃烧，转矩输出应为零。而四冲程发动机的活塞在每个工作循环里点火1次，持续输出转矩。从这个角度看，发动机的转矩应该与转速成正比关系。而实际情况是，发动机在1 000 r/min以下的转速区域内，却难以画出其特性曲线，则说明此区间发动机转速不稳定，不能正常使用。同样，在6 000 r/min以上的转速区域由于转速过快也无法正常使用。实验数据显示，发动机的最佳转速区域较狭窄，很难扩展。随着速度的提高，转矩会下降。而电机在这一点上要优于发动机。电机的结构决定了它的驱动电压和驱动特性，还可以通过控制器来进行调节。因此，电机可以通过结构设计和控制获得超出特性曲线的性能。只要提高输入电压，就可以提高电机的转速。

表1 电机和发动机的比较

综上所述，作为电动车核心技术之一的电机，与传统燃油车的发动机相比，在使用上各有其优势和劣势。而在能量使用率及能量特性上，电机要优于发动机。具体来说，电机比发动机更节能，在T-N特性及转速利用范围上要优于发动机。