纯电动汽车能耗经济性分析

纯电动汽车能耗经济性分析

由于传统汽车的能源和环境问题的日益突出，电动汽车以其清洁和使用可再生能源的优势，使得对于电动汽车的研究、商业化和产业化处于日渐重要的地位。动力驱动系统作为电动汽车的重要系统，它的传动效率对于电动汽车的能耗经济性有着重要的影响。本文基于在对传统汽车改造成的纯电动汽车的基础上分析了其传动系统的效率问题。

1 能耗经济性的评价

车辆能耗经济性评价指标是以一定车速或循环行驶工况为基础，以车辆行驶一定里程的能耗或一定能耗行驶的里程数来评价。以动力电池为能源的纯电动汽车，其评价指标包括续驶里程、单位里程能量消耗、单位能耗行驶里程等。本文以车载蓄电池组为考量，故在考虑能量利用效率时，不再考虑蓄电池组的充电效率。

2 能耗利用率

国内对于纯电动汽车的研究大多是基于传统汽车的改造，将发动机和油箱用蓄电池和电机代替，仍保留了变速器等传统部件。图1为能量经过各主要传动部件的流程图。

电动汽车能源利用率：

式中，E

e ，为电动汽车上的有效驱动能量；E

b

为电池组在行驶中所消耗的总

能量。

式中，G

e ，为电动汽车的有效载重量；f

s

为车轮的滚动阻力系数；V为车辆

行驶速度；T为车辆行驶时间。

令E

d

为电动汽车车轮上的驱动能量，则：

式中，η

e

，为电池组能量经由电机和机械传动系统到达驱动轮的能耗效率。

式中，η

c 为机械传动效率；η

m

为电机传动效率；η

b

为电池放电效率。

η

w

为电动汽车在一定工况下驱动轮上能量转化为有效驱动能量的效率。

式中，G

r

为电动汽车总重力；φ为道路阻力系数；k为汽车在非稳定工况下

空气阻力损失比等速时空气阻力增加的速度；g为重力加速度；C

D

为空气阻力系数；A为汽车前迎风面积；δ为电动汽车旋转质量换算系数。

为道路阻力系数，为电动汽车在道路循环中所需的驱动功与克服实际道路阻力所做功的比值。φ=f+i,i为车辆道路行驶坡度。

令η

ε=G

e

/G

t

为汽车重力利用率，是汽车克服载重量所做的功和汽车的总重

量所做的道路阻力功的比。

为电动车驱动力利用率，是汽车克服总重量道路阻力所做的有用功与汽车驱

动轮驱动力所做功的比。在汽车等速情况下，K=1，d

v /d

t

=0，η

d

可简化为：

能耗利用率可以表示为：

从η

E

的推导过程可以看出，该指标已经将蓄电池组、电机、传动系的固有特性和电动汽车的使用条件相结合，反映了电动汽车具有的能力和实际使用效果。因此它作为电动汽车的匹配和经济性指标，既反映了电动汽车动力传动系统的匹配情况，也反映了电动汽车的改善途径。

3 能耗利用率的改善

在电动汽车的蓄电池组、电机、变速器等部件选定后，在一定行驶条件匀速

行驶时η

ε、η

d

、η

g

一定，从式(8)可以导出，要改善电动汽车的经济性，应从

改善电动汽车从蓄电池经过电机和机械传动系统的传动效率η

e

着手。即要处理好蓄电池与电机、电机与机械传动系统的匹配。

3．1 蓄电池组与电机的匹配

对于不同类型的电池，其输出电压可以表示为：

U

b =U

o

-RI

式中，U

b 为电池放电的端电压；U

o

为电池开路电压；R为电池内阻；I为电

池放电电流。

实际放电过程中内阻R是变化的，在进行理论计算中假定其为恒定的，并认为端电压亦恒定，放电电流与电压是线性的。由此可以得到电池的放电功率P、放电电流I和放电效率η

b

的关系图(图2)。

从图2可以看出电池的效率随放电电流的减少而增加，因此为有效利用蓄电池的有限资源，选择电机的工作电流要尽量小，但是电流也不能太小以避免输出功率下降。

3．2 电机与机械传动系统的匹配

电动汽车有宽广的工况范围，从图3FUDS的路况要求来看，在城市交通中，电动汽车频繁工作的工况在中速区域。电动汽车的电机不同于普通电机，它的工作范围非常广，通过电机控制系统可以调整电机的工作状态满足实际路况的需要，但是电机的工作效率在不同工况下是不同的，不同类型的电机它的效率图是不同的。图4为某款PM电机的效率图。

从图4可以看出，要提高电机的工作效率，必须是电机的工况区域在高效区，即0．8以上的区域。要使电机的工况范围在0．8以上的高效区域，必须合理匹配调速系统。

4 结语

从纯电动汽车的能耗利用率着手分析了纯电动汽车的能耗经济性，并从电池、电机、机械传动系统各部分的工作特性出发，结合能量传递效率，提出了改善纯电动汽车的能耗经济性的措施，即：改善蓄电池组与电机的匹配，电机工作电流的调整；电机与机械传动系统的匹配，使整个系统工作在高效率工作区域。