純電動(dòng)汽車(chē)能耗經(jīng)濟(jì)性分析

1、純電動(dòng)汽車(chē)能耗經(jīng)濟(jì)性分析由于傳統(tǒng)汽車(chē)的能源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出，電動(dòng)汽車(chē)以其清潔和使用可再生能源的優(yōu)勢(shì)，使得對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的研究、商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化處于日漸重要的地位。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車(chē)的重要系統(tǒng)，它的傳動(dòng)效率對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的能耗經(jīng)濟(jì)性有著重要的影響。本文基于在對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)改造成的純電動(dòng)汽車(chē)的基礎(chǔ)上分析了其傳動(dòng)系統(tǒng)的效率問(wèn)題。1 能耗經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)車(chē)輛能耗經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)是以一定車(chē)速或循環(huán)行駛工況為基礎(chǔ)，以車(chē)輛行駛一定里程的能耗或一定能耗行駛的里程數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。以動(dòng)力電池為能源的純電動(dòng)汽車(chē)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)包括續(xù)駛里程、單位里程能量消耗、單位能耗行駛里程等。本文以車(chē)載蓄電池組為考量，故在考慮能量利用效率時(shí)，不再

2、考慮蓄電池組的充電效率。2 能耗利用率國(guó)內(nèi)對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)的研究大多是基于傳統(tǒng)汽車(chē)的改造，將發(fā)動(dòng)機(jī)和油箱用蓄電池和電機(jī)代替，仍保留了變速器等傳統(tǒng)部件。圖1為能量經(jīng)過(guò)各主要傳動(dòng)部件的流程圖。電動(dòng)汽車(chē)能源利用率： 式中，Ee，為電動(dòng)汽車(chē)上的有效驅(qū)動(dòng)能量；Eb為電池組在行駛中所消耗的總能量。式中，Ge，為電動(dòng)汽車(chē)的有效載重量；fs為車(chē)輪的滾動(dòng)阻力系數(shù)；V為車(chē)輛行駛速度；T為車(chē)輛行駛時(shí)間。令Ed為電動(dòng)汽車(chē)車(chē)輪上的驅(qū)動(dòng)能量，則： 式中，e，為電池組能量經(jīng)由電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)到達(dá)驅(qū)動(dòng)輪的能耗效率。式中，c為機(jī)械傳動(dòng)效率；m為電機(jī)傳動(dòng)效率；b為電池放電效率。w為電動(dòng)汽車(chē)在一定工況下驅(qū)動(dòng)輪上能量轉(zhuǎn)化為有效驅(qū)動(dòng)能

3、量的效率。式中，Gr為電動(dòng)汽車(chē)總重力；為道路阻力系數(shù)；k為汽車(chē)在非穩(wěn)定工況下空氣阻力損失比等速時(shí)空氣阻力增加的速度；g為重力加速度；CD為空氣阻力系數(shù)；A為汽車(chē)前迎風(fēng)面積；為電動(dòng)汽車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。 為道路阻力系數(shù)，為電動(dòng)汽車(chē)在道路循環(huán)中所需的驅(qū)動(dòng)功與克服實(shí)際道路阻力所做功的比值。=f+i,i為車(chē)輛道路行駛坡度。令=Ge/Gt為汽車(chē)重力利用率，是汽車(chē)克服載重量所做的功和汽車(chē)的總重量所做的道路阻力功的比。為電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)力利用率，是汽車(chē)克服總重量道路阻力所做的有用功與汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力所做功的比。在汽車(chē)等速情況下，K=1，dv/dt=0，d可簡(jiǎn)化為：能耗利用率可以表示為：從E的推導(dǎo)過(guò)程可以看出，該指

4、標(biāo)已經(jīng)將蓄電池組、電機(jī)、傳動(dòng)系的固有特性和電動(dòng)汽車(chē)的使用條件相結(jié)合，反映了電動(dòng)汽車(chē)具有的能力和實(shí)際使用效果。因此它作為電動(dòng)汽車(chē)的匹配和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，既反映了電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配情況，也反映了電動(dòng)汽車(chē)的改善途徑。3 能耗利用率的改善在電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池組、電機(jī)、變速器等部件選定后，在一定行駛條件勻速行駛時(shí)、d、g一定，從式(8)可以導(dǎo)出，要改善電動(dòng)汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)從改善電動(dòng)汽車(chē)從蓄電池經(jīng)過(guò)電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率e著手。即要處理好蓄電池與電機(jī)、電機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配。31 蓄電池組與電機(jī)的匹配對(duì)于不同類型的電池，其輸出電壓可以表示為： Ub =Uo-RI式中，Ub為電池放電的端電壓；Uo

5、為電池開(kāi)路電壓；R為電池內(nèi)阻；I為電池放電電流。實(shí)際放電過(guò)程中內(nèi)阻R是變化的，在進(jìn)行理論計(jì)算中假定其為恒定的，并認(rèn)為端電壓亦恒定，放電電流與電壓是線性的。由此可以得到電池的放電功率P、放電電流I和放電效率b的關(guān)系圖(圖2)。從圖2可以看出電池的效率隨放電電流的減少而增加，因此為有效利用蓄電池的有限資源，選擇電機(jī)的工作電流要盡量小，但是電流也不能太小以避免輸出功率下降。32 電機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配電動(dòng)汽車(chē)有寬廣的工況范圍，從圖3FUDS的路況要求來(lái)看，在城市交通中，電動(dòng)汽車(chē)頻繁工作的工況在中速區(qū)域。電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)不同于普通電機(jī)，它的工作范圍非常廣，通過(guò)電機(jī)控制系統(tǒng)可以調(diào)整電機(jī)的工作狀態(tài)滿足實(shí)際路況的需要，但是電機(jī)的工作效率在不同工況下是不同的，不同類型的電機(jī)它的效率圖是不同的。圖4為某款PM電機(jī)的效率圖。從圖4可以看出，要提高電機(jī)的工作效率，必須是電機(jī)的工況區(qū)域在高效區(qū)，即08以上的區(qū)域。要使電機(jī)的工況范圍在08以上的高效區(qū)域，必須合理匹配調(diào)速系統(tǒng)。4 結(jié)語(yǔ)從純電動(dòng)汽車(chē)的能耗利用率著手分析了純電動(dòng)汽車(chē)的能耗經(jīng)濟(jì)性，并從電池、電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)各部分的工作