首先来做一个定义,车辆等交通工具的能量利用效率是其花费的燃料或电能蕴含的总能量(化学能或电能)中终极用于驱动被运输职员或货色的能量所占的比例。
比如,一辆汽车行驶一段间隔,花费了多少汽油,这些汽油蕴含的化学能为44000kJ,个中移动所载职员花费的能量为4000kJ,则这辆汽车的能量利用效率约为9%。
按照这一定义,要知道一辆家用小汽车的能量利用效率,我们须要理解能量在各种形态和各个环节之间的转化过程。

家用小汽车的能量运用效率分析

对燃油车辆来说,能量的初始形态是燃估中蕴含的化学能,随后的转化过程见下图。

燃油车辆中能量的转化过程

在图中还给出了不同环节的范例效率,分别是:发动机热效率35%,变速箱传动效率75%,传动部件机器效率90%,车轮驱动效率90%。
综合这些环节之后,可得到从液态燃料(Fuel,F)内部化学能到汽车本身(Car,C)运动机器能之间的能量转化效率:

燃油车辆中燃料到车辆(Fuel to Car)的能量转化效率

而车辆运动的机器能中有效负载(搭客及货色)的能量占比,即是搭客及货色质量占车辆总运动质量的比例,以是燃油车辆的能量利用效率为:

燃油车辆的能量利用效率

根据这一关系式,范例利用工况下的燃油车辆的能量利用效率为:1、高下班通勤,车内仅驾驶员1人,取GPass=80kg,车辆自重GCar=1400kg,则ηFtoP=1.13%;多人出行,搭客最多5人,少量行李,取GPass=400kg,车辆自重GCar=1400kg,则ηFtoP=4.4%。

可见,如果不考虑车辆载重对汽车事情效率的影响,则车辆满员时能量利用效率ηFtoP最高,但也不到5%,也便是说燃料蕴含的总能量中95%以上都被摧残浪费蹂躏掉或是用于驱动车辆本身,当车内仅有驾驶员一人时,能量利用效率仅约1.1%,能量摧残浪费蹂躏情形将更为惊人。

接下来是近年来异军突起的新能源汽车(电动汽车),其能量转化过程要从用燃料发电开始,见下图。

电动汽车中能量的转化过程

图中同样给出了不同环节的范例效率,分别是:发电机发电效率38%,电网输电效率95%,蓄电池充放电效率90%,电动机事情效率92%,传动部件机器效率97%,车轮驱动效率90%。
综合这些环节之后,可得到从液态燃料(Fuel,F)内部化学能到汽车本身(Car,C)运动机器能之间的能量转化效率:

电动车辆中燃料到车辆(Fuel to Car)的能量转化效率

同样的,纯电动车辆的能量利用效率为:

电动车辆的能量利用效率

范例利用工况下的电动汽车能量利用效率分别为:1、高下班通勤,取GePass=80kg,车辆自重GeCar=1800kg,则ηFtoP=1.11%;多人出行,取GePass=400kg,车辆自重GeCar=1800kg,则ηFtoP=4.7%。

从以上大略的剖析结果可以看出,电动汽车对燃料能量的利用效率与燃油汽车基本上是同一水平的,电动汽车驱动效率提高的部分基本上被蓄电池组重量增加带来的额外能量花费抵消散落了。

更进一步来看,不论是传统的燃油车辆还是新能源车辆,总的能量利用效率不高的缘故原由紧张有以下两点:1、能量转化环节多;2、车身自重大,驱动车身花费的能量占比过高。
后续文章中,作者还将针对如何提高交通工具的能量利用效率做进一步解释,欢迎关注。