汽车动能的利用价值与意义

张凯军

摘 要：汽车产业是推动我国国民经济迅速发展的关键产业之一，但是随着环保意识的增强及能源危机的显现引发全社会的广泛关注。作为新能源技术纯电动汽车的研究越发成为解决能源危机的重要途径。近年来中国新能源汽车发展迅速，成为技术创新和产业升级的亮点领域。但是，目前在电动汽车技术中对电池技术的开发研究仍然没有在续航里程和充电难上找到令人满意的解决方案，这也使得纯电动汽车的推广普及受到制约和限制。本文大胆提出了依靠汽车行驶中的惯性动能理论利用安装在车轮上的发电机发电的解决方案，它的出现在一定程度上提高了汽车惯性动能能量的利用率，对于克服解决纯电动汽车的动力电池组续航里程和充电难问题有着一定的现实意义。

关键词：动力电池组 能量守恒 降速增扭 惯性动能

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 燃油車与纯电动汽车的结构区别

那么公知的燃油汽车的行驶依靠的是由发动机、离合器、变速器、传动轴、驱动桥到车轮，最终使汽车行驶起来的。汽车的载荷及速度需要发动机的功率匹配及降速增扭实现的，也就是汽车由静止到行驶起来需要一个过程，这个过程也是汽车行驶阻力最大和油耗最高的阶段，但是随着车速的提高行驶阻力和油耗都在下降。当然，这与路况与环境有很大的因果关系。道路平坦行驶阻力和油耗都要小，这也是我国大力支持路政基础建设来降低能源消耗的主要原因。同理，纯电动汽车的行驶原理由动力电池组、驱动电机、驱动桥到车轮，最终使汽车行驶起来的。虽然与燃油车相比由动力电池组、驱动电机取代了发动机、离合器、变速器、传动轴等配套装置;但是，依然采用的是降速增扭原理实现的驱动行驶策略这一点毋庸置疑。

2 能量守恒定律与惯性动能两者之间的关系

19世纪中叶发现的能量守恒定律是自然科学中十分重要的定律。它的发现是人类对自然科学规律认识逐步积累到一定程度的必然事件。在物理学中，能量守恒定律表明，能量既不能创造也不能毁灭，而是从一种形式转变为另一种形式。能量守恒定律指导着人类创造着能量转换的奇迹，运用在各个领域。我们都是能量守恒定律的认同者和遵循着！但是，通过研究观察和试验也发现了一个有趣的现象，能量从一种形式转变为另一种形式，在特定的条件下同样是可以再生能量的，因为能量守恒！比如：燃油车可以将燃油通过发动机做功产生的能量变成驱动汽车行驶的动能;可是，汽车行驶起来后的惯性动能却无法再由发动机转换成燃油，汽车的惯性动能大部分就被制动装置消耗浪费;但是，纯电动汽车的驱动能量主要是由动力电池组赋予驱动电机的，当汽车被驱动行驶起来后可以利用巨大的惯性动能通过发电机发电再存储到电池中再利用，这将是多么有意义的探索发现啊！然而遗憾的是我们却没有加以利用，纯电动汽车的惯性动能同样被制动装置消耗浪费。

3 降速增扭撑起的动能

汽车都有一定的质量，而且质量都比较大。小型汽车大都在1t以上，有些车辆会达到2.5t左右。例如：一款小型汽车自重1.3t左右，发动机排量1.4升，发动机输出功率100马力。显然无法将质量重达1.3t的车辆迅速行驶起来，而是与车载传动系统的完美结合，通过降速增扭的过程，也就是利用变速器通过降速增扭传动原理逐渐的变换档位，一级一级的减小传动比逐渐将汽车行驶起来。因各个车型的变速器档位各不相同，它们的传动比也有差异。小型汽车各档的传动比一般1档是3.7;2档是2.1;3档是1.4;4档是1;5档是0.8的左右。通过降速增扭原理我们已经接受认可了这种驱动的方式，并且普遍的应用到各个领域。但是我们今天并不是研究降速增扭原理的，而是探究较大质量的物体通过降速增扭运动起来达到一定的速度以后所产生的动能。

人类在不断的探索中发现，质量越大的物体，速度越高惯性动能也就越大，质量、速度和动能成正比。例如：质量在2t以下小型汽车，一般情况下车速在100km/h时的刹车距离在40米左右;然而质量在20t左右的卡车，一般情况下车速在80km/h时的刹车距离就在60米左右。通过对比可以看出相同的速度质量越大产生的惯性动能也就越大，假如质量在20t左右的卡车，车速为100km/h时的刹车距离将达到90米左右。这充分说明了，质量越大的物体，速度由0km/h到速度为80km/h时消耗的能量也就越大。同理，也不难理解质量越大的物体产生的动能也同样越大。有经验的司机朋友都有同感，当在公路上行车时只要从后视镜中看见大货车的身影时，会尽早变道离开大货车所在车道，因为是为了安全。如果尾随你的大货车不停地鸣喇叭和闪动远光车灯，你要赶紧躲开，因为它的惯性动能非常的巨大，制动距离又比较长，非常容易造成事故隐患，這应该是司机朋友的共识。叙述到这里，都了解了汽车行驶起来后是具有非常大的惯性动能的，那么，现实中这些动能都到哪里了呢？很遗憾啊！都白白浪费掉了，人类并没有充分加以利用！

4 惯性动能的利用价值与意义

人们通过大量研究实验验证，实际上汽车起步时油耗最高，行驶中需要的输出功率是相对比较低的，油耗也较低，这与汽车的质量有关，质量越大汽车起步时油耗越高，同样惯性动能也就越大。同理飞机也一样，起飞时最费油，而起飞后油耗就会下降;因为物体具有一定的速度后也就具有一定的惯性能量！汽车的驱动动力源功率再大也不可能将静止的汽车一下子迅速行驶到较高速度，而是需要通过降速增扭慢慢的把车辆速度提高起来，我们可以理解为动力源的所有能耗都转移到了汽车行驶的惯性动能上。如果，将汽车的惯性动能充分利用，完全可以重新转化为另外一种能量加以利用。在一定的条件下，物体的惯性动能同样可以产生相同的能量，除去一些消耗因素该物体的惯性动能至少可以利用70-90%。所以，纯电动汽车是可以利用惯性动能进行能量再生利用的。

例如：以2t的小汽车为例：速度假定100km/h，动能约为770000J。这巨大的惯性动能人们却没有加以利用这是多么大的浪费啊！如果是5t、10t、15t、20t的汽车，产生惯性动能将更大。

以轿车为例：在50km/h的速度挂空挡滑行距离一般可达600米左右。通过实验，汽车的惯性动能的最佳利用率是在40km/h-120km/h的范围，且车速越高惯性动能的利用率也就越高，且对行驶阻力的影响也越小，待车速降到40km/h以下时汽车的惯性动能的利用率反而很低。通过实验普通小型汽车时速120km/h时车轮转速约为1000转左右;时速100km/h时车轮转速约为800转左右;时速60km/h时车轮转速约为600转左右;时速40km/h时车轮转速约为300转左右;我们恰恰可以利用低速阻力小、高速功效高的无铁芯永磁发电机发电，这种无铁芯永磁发电机当转速达到300转/分钟时就可以达到额定功率功效。了解了这个特性我们就可以充分利用汽车在40-120km/h的车速范围内，利用安装在车轮上的无铁芯永磁发电机通过智能化控制使之可在发电功率的10%-100%范围内发电工作，充分利用惯性动能回收能量加以存储和利用，来解决纯电动汽车的动力电池组续航里程有限及充电难的问题。

虽然利用惯性动能进行能量的再生利用会增加一些汽车的行驶阻力，通过实验验证汽车行驶中是通过传动机构的降速增扭后，驱动汽车行驶起来的，体现在行驶的汽车上也就像汽车上多坐了几个人，会增加一部分的行驶阻力及增加一些功耗，但是相对于惯性动能的浪费是非常有意义的。以2t的小汽车为例：通过计算当车速40km/h时，动能约为310000J;当车速60km/h时，动能约为460000J;当车速80km/h时，动能约为620000J;当车速120km/h时，动能约为930000J。根据这些规律我们完全可以实现智能化控制，在汽车车速40km/h-120km/h之间根据惯性动能的大小，智能控制汽车车轮发电机在功率10%-100%之间发电，并加以存储再利用，可以解决纯电动汽车续航里程短和充电难的问题。

5 结束语

综上所述，行驶中利用汽车的惯性动能发电可行且有效，是纯电动汽车利用再生能源提高续航里程最有效的途径。未来燃油车退市指日可待！本文提出的被人们遗忘的《惯性动能》的再利用，也为纯电动汽车科研、推广、普及提供了新思路、新方向的参考。本文的新观点算是抛砖引玉，供行业内业者群策群力，为新时代纯电动汽车未来的发展共谋鸿途！抢占新能源汽车创新的制高点，赢得2025中国创造的先锋！希望我们自主品牌的车企可以两条腿走路，一方面继续研发新型高能、高效的动力电池;另一方面关注采用惯性动能再生发电能源的利用及研发功效更高的发电机上。

科学无止境，墨守成规，科学就没有未来！