探索 Model S - 能源效率
前言
其實開著 Model S 和大家分享電動車的日子
Andy 常常在回答大家的疑惑
也發現了許多的新問題
“電動車是不是開不遠呀？”
“電動車其實也沒有真的環保到哪去對吧？”
其實 Andy 認為這些答案都是對、但也都是不對
http://www.streetfire.net/video/143-...uel_180378.htm
相信有很多夥伴們都有在 follow BBC 砸大錢製作的 Top Gear
這集 Toyota Prius vs. BMW M3
過去就讓 Andy 好好重新思考整個駕車、購車的觀念
很多人都一直認為
開一輛小排氣量的小車或是動力混合車
會比一輛 4000 c.c. 的 V8 怪獸來的省油、來得環保
但在 Top Gear 以同樣速度實際測試 10 圈賽道之後
發現 Toyota Prius 的平均油耗是 17.2 mile/gallon （7.3 公里/公升）
而 BMW M3 的平均油耗居然是 19.4 mile/gallon（8.2 公里/公升）
這個實驗告訴我們的
其實不是 M3 比較省油或是別買 Prius
而是如果你想省油
重點就不是你開 “什麼” 車
而是你 “如何” 開車
同樣的
今天的重點不在你開汽車還是電動車
而是你 ”如何“ 駕駛這輛車
甚至是 “如何” 取得環保的電力來源
如果你平常都認為自己是風見隼人
沒有油門一拜渾身不對勁
甚至還想開推進器
那真的不適合買 ”特斯拉“
你該買的是 ”阿斯拉“
Andy 目前開了 Model S 超過 2000 km
完整把電充到飽（儀表板顯示 430 km）
最少最少可以開到 350 km
而且還是在和 GTR 來回直線加速 0~100 km/hr
十多趟的情況下開到的里程數
（一次 0~100 大概會少 4~5 km 續航力）
所以說一般日常用途真的非常足夠
這時候 Andy 就非常好奇美國那對父子
是如何在不充電的情況下
開著 85 KW 的 Model S 駕駛 423.5 mile（681.6 km）
什麼會影響續航力？
基本上就是各種阻力：風阻、滾動阻力、摩擦力以及熱能散失
在時速 70 km/hr 以下
滾動阻力是影響續航力的最大因素
而滾動阻力的大小
就取決於載重的多寡
載越重續航力就越少
所以如果你打完小白球都沒把球具卸下
載著一堆球桿趴趴走
對續航力也是有一定影響的喔！
然而當車子加速到 70 km/hr 以上的時候
空氣阻力的影響力就會漸漸隨著速度增加而上升
即使 Model S 的空氣阻力低到驚人的 0.24 Cd 值
當時速超過 100 km 時的耗電量還是非常可觀
這時候我們來算一下數學
如果是完美狀況下定速 100 km/hr 耗電量約是 300 Wh/Mile = 180 Wh/Km
85000 / 180 = 472 Km
嗯... 所以說儀表板顯示的 430 km 還蠻接近真實數據的
大家可看到滾動阻力在低速耗電量裡佔了絕大多數
即使速度上升滾動阻力基本上還是一樣不變
然而隨著速度的增加
空氣阻力所造成的耗電量就會逐漸上升
基本上以上損耗和所有汽車的情況都是差不多的
尤其車身重量達到 2.1 噸的 Model S
在滾動阻力這項完全就和相同級距大型房車一樣耗能
超低風阻當然有幫上一點忙
但說實在沒有非常顯著的節能
那為什麼 Andy 一直會說 Model S 是一輛效率極高的車呢？
馬達效率
大家會發現 Andy 漏講一個綠色區塊
“其他損耗”
裡面包含了馬達效能損失以及動力系統的熱散失
我們把他拉出來換算成效率百分比
現在姑且把電池和馬達的熱散失
通通算到 “馬達效率不彰” 的頭上
只要時速達到 50 km/hr 以上
馬達的效率都在 90% 以上
一直要到超過 120 km/hr 才會慢慢下降
這效率高得嚇人呀！
要想想一般汽柴油車的整個動力系統效率只有慘兮兮的 30-35%
也就是因為燃油引擎的效率如此低落
因此汽柴油的油箱都必須裝配 60 公升以上
才能得到官方數據 400 公里以上的續航力（當然還是要打個折啦）
汽油有多厲害
每公升的汽油完全燃燒之後
大約可以產生 34 百萬焦耳
相當於是 9.6 KWh 的熱量
而 95 無鉛汽油的密度大約是 0.72 g/cm3（1 公升汽油約是 0.72 kg）
於是我們又可以推算出汽油的能量重量比約是 13,333 Wh/Kg
這樣的能量密度超高的呀！如果要和 Model S P85 乘載一樣 85 Kw 的能量
只需要 6.38 公斤！
那 Model S 使用的鋰電池呢？
Tesla 使用的是 Panasonic 18650 鋰電池（直徑 18mm ,高 65mm）
能量重量比只有少得可憐的 252 Wh/Kg
是相同重量汽油的 1/52 !
所以相較電動車
市售汽油車的續航力設計要求比較低
不管是直四、V6、V8、V12 還是轉子引擎
車廠針對性能或環保取向
選擇引擎款式之後
儘量輕量化變速箱、車體結構
剩下就看耗油量增加或減少油箱容量
這樣續航力大致的雛形就出來了
而電動車就有著完完全全不同的顧慮
必須平衡電池重量和電量
達到最佳的電量/重量比
還要兼顧續航力
整個超複雜啊！
電池有多慘
整輛 Model S 能量儲存的核心 - 電池
能量密度只有先前所說的 252 Wh/Kg
一顆 18650 鋰電池重約 44.5 g底
一個電池磚有 77 顆電池
一個電池包內有 9 個電池磚
整個電池組有 11 個電池包
所以整個下來是
77 x 9 x 11 = 7623 顆 3.1 Ah 的 Panasonic 18650 鋰電池
44.5 g x 7623 = 339 Kg （電池淨重）
如果再加上整個電池磚、包、組以及馬達（整個動力系統）
總重大約是 544 Kg
這樣我們才能來算 Model S 電池組真正的能量密度
85 KWh / 544 Kg = 156 Wh/Kg
其實一般使用磷酸鋰鐵電池的電動車（像比亞迪、雪佛蘭）
能量密度只有差不多 80-100 Wh/Kg
所以 Model S 的能量密度表現算是相當不錯！
那整個動力系統佔車重的比例呢？
544 / 2100 = 25.9%
可以得到 Model S 的佔比為 26%
當然以汽油車平均的 “動力系統” 所佔的 15% 車重來說（約 300公斤）
Model S 的 26% 真的是慘到不行
所以 Model S 出局了嗎？
Not yet !
因為一般內燃機所產生的爆炸所產生的熱能
都白白排放到空氣中造成空氣污染
只有動能經過活塞推舉、變速箱轉換、傳動軸分散
才能推動汽車前進
最後汽車只能將 30-35% 的燃油能量
能真正有效使用在路面上
相反的電池轉換電能給電動馬達再實際用在路面的效率
可以達到 80-90%
即使現今的發電廠能源轉換率只有 50%
相加起來的整體效率也有 40-45%
更不用說未來使用替代能源充電效率會多麼高
結論
所以說 Model S 超級節能
真的不是隨便在唬爛的
即使我們今天都用汽油供應發電廠發電
再拿來充電動車
都比汽油車帶著小小發電廠爬爬走
來的環保好多好多
其實 Andy 認為環保固然重要
但在完全環保的能源普及以前
應該想辦法把現有效率低落的各種機械通通淘汰升級
因為綠能再厲害
還是抵不上效率低落帶來恐怖的能源浪費呀！
就像政府再會課稅
課了幾億幾兆
卻是用最浪費的方式使用
再多個億，路也不會平
再多個兆，食物還是一樣不安全
路鋪了再鋪
黑心食物一個接著一個
那繳這些稅到底是在養什麼好貪懶做的官呢？
試著想想一個像日本高效率的台灣會有多美好！
所以看完這篇之後
別再說電動車也沒有多環保喔！
因為環保的第一步就是高效率
一旦提升效率
這個世界一定會多出很多很多的能源
這時候環保能源取代舊世代能源的門檻就更低囉！
我們一起來定義未來能源的世界觀
就從換 Tesla 開始吧！
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