汽車動能的利用價值與意義

張凱軍

摘 要：汽車產(chǎn)業(yè)是推動我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)之一，但是隨著環(huán)保意識的增強及能源危機的顯現(xiàn)引發(fā)全社會的廣泛關(guān)注。作為新能源技術(shù)純電動汽車的研究越發(fā)成為解決能源危機的重要途徑。近年來中國新能源汽車發(fā)展迅速，成為技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級的亮點領(lǐng)域。但是，目前在電動汽車技術(shù)中對電池技術(shù)的開發(fā)研究仍然沒有在續(xù)航里程和充電難上找到令人滿意的解決方案，這也使得純電動汽車的推廣普及受到制約和限制。本文大膽提出了依靠汽車行駛中的慣性動能理論利用安裝在車輪上的發(fā)電機發(fā)電的解決方案，它的出現(xiàn)在一定程度上提高了汽車慣性動能能量的利用率，對于克服解決純電動汽車的動力電池組續(xù)航里程和充電難問題有著一定的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：動力電池組 能量守恒 降速增扭 慣性動能

Utilization Value and Significance of Automobile Kinetic Energy

Zhang Kaijun

Abstract：The automobile industry is one of the key industries that promote the rapid development of my country's national economy. However， with the increase in environmental protection awareness and the appearance of the energy crisis， it has attracted widespread attention from the whole society. As a new energy technology， the research of pure electric vehicles has increasingly become an important way to solve the energy crisis. In recent years， China's new energy vehicles have developed rapidly and have become a bright spot for technological innovation and industrial upgrading. However， the current development and research on battery technology in electric vehicle technology has not found satisfactory solutions in terms of cruising range and charging difficulties， which also restricts the popularization of pure electric vehicles. This article boldly proposes a solution relying on the theory of inertial kinetic energy in vehicle driving and using generators installed on wheels to generate electricity. Its appearance has improved the utilization rate of vehicle inertial kinetic energy to a certain extent， and is useful for overcoming the power of pure electric vehicles. The cruising range and charging difficulty of the battery pack have certain practical significance.

Key words：power battery pack， energy conservation， speed reduction and torque increase， inertial kinetic energy

1 燃油車與純電動汽車的結(jié)構(gòu)區(qū)別

那么公知的燃油汽車的行駛依靠的是由發(fā)動機、離合器、變速器、傳動軸、驅(qū)動橋到車輪，最終使汽車行駛起來的。汽車的載荷及速度需要發(fā)動機的功率匹配及降速增扭實現(xiàn)的，也就是汽車由靜止到行駛起來需要一個過程，這個過程也是汽車行駛阻力最大和油耗最高的階段，但是隨著車速的提高行駛阻力和油耗都在下降。當然，這與路況與環(huán)境有很大的因果關(guān)系。道路平坦行駛阻力和油耗都要小，這也是我國大力支持路政基礎(chǔ)建設(shè)來降低能源消耗的主要原因。同理，純電動汽車的行駛原理由動力電池組、驅(qū)動電機、驅(qū)動橋到車輪，最終使汽車行駛起來的。雖然與燃油車相比由動力電池組、驅(qū)動電機取代了發(fā)動機、離合器、變速器、傳動軸等配套裝置;但是，依然采用的是降速增扭原理實現(xiàn)的驅(qū)動行駛策略這一點毋庸置疑。

2 能量守恒定律與慣性動能兩者之間的關(guān)系

19世紀中葉發(fā)現(xiàn)的能量守恒定律是自然科學中十分重要的定律。它的發(fā)現(xiàn)是人類對自然科學規(guī)律認識逐步積累到一定程度的必然事件。在物理學中，能量守恒定律表明，能量既不能創(chuàng)造也不能毀滅，而是從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。能量守恒定律指導著人類創(chuàng)造著能量轉(zhuǎn)換的奇跡，運用在各個領(lǐng)域。我們都是能量守恒定律的認同者和遵循著！但是，通過研究觀察和試驗也發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象，能量從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，在特定的條件下同樣是可以再生能量的，因為能量守恒！比如：燃油車可以將燃油通過發(fā)動機做功產(chǎn)生的能量變成驅(qū)動汽車行駛的動能;可是，汽車行駛起來后的慣性動能卻無法再由發(fā)動機轉(zhuǎn)換成燃油，汽車的慣性動能大部分就被制動裝置消耗浪費;但是，純電動汽車的驅(qū)動能量主要是由動力電池組賦予驅(qū)動電機的，當汽車被驅(qū)動行駛起來后可以利用巨大的慣性動能通過發(fā)電機發(fā)電再存儲到電池中再利用，這將是多么有意義的探索發(fā)現(xiàn)??！然而遺憾的是我們卻沒有加以利用，純電動汽車的慣性動能同樣被制動裝置消耗浪費。

3 降速增扭撐起的動能

汽車都有一定的質(zhì)量，而且質(zhì)量都比較大。小型汽車大都在1t以上，有些車輛會達到2.5t左右。例如：一款小型汽車自重1.3t左右，發(fā)動機排量1.4升，發(fā)動機輸出功率100馬力。顯然無法將質(zhì)量重達1.3t的車輛迅速行駛起來，而是與車載傳動系統(tǒng)的完美結(jié)合，通過降速增扭的過程，也就是利用變速器通過降速增扭傳動原理逐漸的變換檔位，一級一級的減小傳動比逐漸將汽車行駛起來。因各個車型的變速器檔位各不相同，它們的傳動比也有差異。小型汽車各檔的傳動比一般1檔是3.7;2檔是2.1;3檔是1.4;4檔是1;5檔是0.8的左右。通過降速增扭原理我們已經(jīng)接受認可了這種驅(qū)動的方式，并且普遍的應用到各個領(lǐng)域。但是我們今天并不是研究降速增扭原理的，而是探究較大質(zhì)量的物體通過降速增扭運動起來達到一定的速度以后所產(chǎn)生的動能。

人類在不斷的探索中發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量越大的物體，速度越高慣性動能也就越大，質(zhì)量、速度和動能成正比。例如：質(zhì)量在2t以下小型汽車，一般情況下車速在100km/h時的剎車距離在40米左右;然而質(zhì)量在20t左右的卡車，一般情況下車速在80km/h時的剎車距離就在60米左右。通過對比可以看出相同的速度質(zhì)量越大產(chǎn)生的慣性動能也就越大，假如質(zhì)量在20t左右的卡車，車速為100km/h時的剎車距離將達到90米左右。這充分說明了，質(zhì)量越大的物體，速度由0km/h到速度為80km/h時消耗的能量也就越大。同理，也不難理解質(zhì)量越大的物體產(chǎn)生的動能也同樣越大。有經(jīng)驗的司機朋友都有同感，當在公路上行車時只要從后視鏡中看見大貨車的身影時，會盡早變道離開大貨車所在車道，因為是為了安全。如果尾隨你的大貨車不停地鳴喇叭和閃動遠光車燈，你要趕緊躲開，因為它的慣性動能非常的巨大，制動距離又比較長，非常容易造成事故隱患，這應該是司機朋友的共識。敘述到這里，都了解了汽車行駛起來后是具有非常大的慣性動能的，那么，現(xiàn)實中這些動能都到哪里了呢？很遺憾?。《及装桌速M掉了，人類并沒有充分加以利用！

4 慣性動能的利用價值與意義

人們通過大量研究實驗驗證，實際上汽車起步時油耗最高，行駛中需要的輸出功率是相對比較低的，油耗也較低，這與汽車的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大汽車起步時油耗越高，同樣慣性動能也就越大。同理飛機也一樣，起飛時最費油，而起飛后油耗就會下降;因為物體具有一定的速度后也就具有一定的慣性能量！汽車的驅(qū)動動力源功率再大也不可能將靜止的汽車一下子迅速行駛到較高速度，而是需要通過降速增扭慢慢的把車輛速度提高起來，我們可以理解為動力源的所有能耗都轉(zhuǎn)移到了汽車行駛的慣性動能上。如果，將汽車的慣性動能充分利用，完全可以重新轉(zhuǎn)化為另外一種能量加以利用。在一定的條件下，物體的慣性動能同樣可以產(chǎn)生相同的能量，除去一些消耗因素該物體的慣性動能至少可以利用70-90%。所以，純電動汽車是可以利用慣性動能進行能量再生利用的。

例如：以2t的小汽車為例：速度假定100km/h，動能約為770000J。這巨大的慣性動能人們卻沒有加以利用這是多么大的浪費?。∪绻?t、10t、15t、20t的汽車，產(chǎn)生慣性動能將更大。

以轎車為例：在50km/h的速度掛空擋滑行距離一般可達600米左右。通過實驗，汽車的慣性動能的最佳利用率是在40km/h-120km/h的范圍，且車速越高慣性動能的利用率也就越高，且對行駛阻力的影響也越小，待車速降到40km/h以下時汽車的慣性動能的利用率反而很低。通過實驗普通小型汽車時速120km/h時車輪轉(zhuǎn)速約為1000轉(zhuǎn)左右;時速100km/h時車輪轉(zhuǎn)速約為800轉(zhuǎn)左右;時速60km/h時車輪轉(zhuǎn)速約為600轉(zhuǎn)左右;時速40km/h時車輪轉(zhuǎn)速約為300轉(zhuǎn)左右;我們恰恰可以利用低速阻力小、高速功效高的無鐵芯永磁發(fā)電機發(fā)電，這種無鐵芯永磁發(fā)電機當轉(zhuǎn)速達到300轉(zhuǎn)/分鐘時就可以達到額定功率功效。了解了這個特性我們就可以充分利用汽車在40-120km/h的車速范圍內(nèi)，利用安裝在車輪上的無鐵芯永磁發(fā)電機通過智能化控制使之可在發(fā)電功率的10%-100%范圍內(nèi)發(fā)電工作，充分利用慣性動能回收能量加以存儲和利用，來解決純電動汽車的動力電池組續(xù)航里程有限及充電難的問題。

雖然利用慣性動能進行能量的再生利用會增加一些汽車的行駛阻力，通過實驗驗證汽車行駛中是通過傳動機構(gòu)的降速增扭后，驅(qū)動汽車行駛起來的，體現(xiàn)在行駛的汽車上也就像汽車上多坐了幾個人，會增加一部分的行駛阻力及增加一些功耗，但是相對于慣性動能的浪費是非常有意義的。以2t的小汽車為例：通過計算當車速40km/h時，動能約為310000J;當車速60km/h時，動能約為460000J;當車速80km/h時，動能約為620000J;當車速120km/h時，動能約為930000J。根據(jù)這些規(guī)律我們完全可以實現(xiàn)智能化控制，在汽車車速40km/h-120km/h之間根據(jù)慣性動能的大小，智能控制汽車車輪發(fā)電機在功率10%-100%之間發(fā)電，并加以存儲再利用，可以解決純電動汽車續(xù)航里程短和充電難的問題。

5 結(jié)束語

綜上所述，行駛中利用汽車的慣性動能發(fā)電可行且有效，是純電動汽車利用再生能源提高續(xù)航里程最有效的途徑。未來燃油車退市指日可待！本文提出的被人們遺忘的《慣性動能》的再利用，也為純電動汽車科研、推廣、普及提供了新思路、新方向的參考。本文的新觀點算是拋磚引玉，供行業(yè)內(nèi)業(yè)者群策群力，為新時代純電動汽車未來的發(fā)展共謀鴻途！搶占新能源汽車創(chuàng)新的制高點，贏得2025中國創(chuàng)造的先鋒！希望我們自主品牌的車企可以兩條腿走路，一方面繼續(xù)研發(fā)新型高能、高效的動力電池;另一方面關(guān)注采用慣性動能再生發(fā)電能源的利用及研發(fā)功效更高的發(fā)電機上。

科學無止境，墨守成規(guī)，科學就沒有未來！