纯电动汽车能耗经济性评价体系初步探讨

王震坡, 姚利民, 孙逢春
( 北京理工大学 机械与 车辆工程学院, 北京 100081)
摘 要: 以纯 电动汽车长 期运行试验 为基础, 对电动汽 车能耗经 济性的合理 评价方法 进行了研究, 总结 了续驶里 程、单位里程容耗、单位里程能耗 等纯电动汽车 常用的能耗 经济性评 价参数, 比较了不 同参数评价 的优劣, 提出了 能量利用率作为纯电动汽车能耗经济性和动 力性综合评价参数, 并对不同车 型进行了能量利用 率计算与分析. 对 纯电动汽车能耗经济性评价的参数体系及不 同车型间能耗经济性比较的参数标准进行了初步探讨.
以电池组作为唯一动力源的纯电动汽车定义车 辆等速或按工况行驶单位里程消耗的电池组容量为 单位里程容量消耗, 单位为( A·h) / km .
电池组在不同的放电深度, 端电压有明显的变 化; 在相同放电功率下电池组放电电流有相应的变
∫ 化. 从容量消耗计算公式Q= I ( t) dt 可知[ 3] , 在不
关键词: 纯电动汽车; 能耗经济性; 比能耗; 能量利用率 中图分类号: U 270. 1 文献 标识码: A
Preliminary Study on Evaluation System of EV Energy Consumption Economy
WANG Zhen-po, YAO Li-m in, SUN Feng -chun
在电压等级相同的情况下, 与比能耗指标评价 类似, 可以引入比容耗的概念. 即单位质量在单位里 程的容量消耗, 单位为( A·h) / ( km·t ) . 1. 3 不同参数间关系和实际参数比较
纯电动汽车能耗经济性的评价参数之间相互转 换的计算关系如图 1 所示. 电池组可放出的有效能 量、有效容量、单位里程能耗及单位里程容耗是电动 汽车续驶里程的决定性因素[ 4, 5] . 车辆的整备质量把 单位里程能耗、容耗与比能耗、比容耗联系起来. 单 位里程容耗和能耗的区别在于计算中是否考虑电池 组电压变化的影响.
续驶里程是纯电动汽车电池组充满电后可连续 行驶的里程, 可以分为等速续驶里程和循环工况续 驶里程. 此项指标对于综合评价电动汽车电池组、电 机及传动系效率、电动汽车实用性具有积极意义[ 2] . 但此指标与电动汽车电池组装车容量及电压水平有 关, 在不同车型和装配不同容量电池组的同种车型 间不具有可比性. 即使装配相同容量同种电池的同 一车型, 续驶里程也受到电池组状态、天气、环境因 素等使用条件影响而有一定的波动. 1. 1. 2 单位里程容量消耗
Guw 表示在一定汽车行驶工况下, 电动汽车驱动
功中有多少变为有效驱动能量 Ee.
∫ Guw =
础, 综合分析比较了国内外文献中提到的电动汽车 能耗经济性评价参数, 给出了便于实际测量比较的 电动汽车能耗经济性评价参数体系, 并提出了电动 汽车能耗经济性和动力传动系统匹配的综合评价指 标能量利用率.
收稿日期: 2004 08 26 基金项目: 北京市科技计划项目( H030330130710) 作者简介: 王震坡( 1976- ) , 男, 博士生; 孙逢春( 1958- ) , 男, 教授, 博士生导师, 长江学者, E -mail : sunf ch@ bit . edu . cn.
( Scho ol of M echanical and V ehicular Engineer ing , Beijing Institute o f T echno log y, Beijing 100081, China)
Abstract: T o define t he ev aluat ion st andar d of EV energy consum pt ion econo my and est ablish t he evaluat ion system , t he reasonable evaluation m et hod of EV energy co nsum pt ion is st udied on t he basis of lo ng -term running t est of EV. T he param et ers of energy consumptio n econom y such as driv ing r ang e, capacit y consumpt ion per kilo met er and energ y consumption per kilo meter are summ ar ized. T he m erit s and f aults of t hese paramet er s are mentio ned. As t he overall m erit of dy namic perfo rmance and energ y co nsum pt ion econo my t he energ y ut ilizat ion r at io is put fo rw ard. T he f unction of t his paramet er is show n t hro ug h calculat io n and analysis fo r dif ferent EVs. T his is helpful to t he st udy of t he EV ener gy consumpt ion economy and t he compar ison of energy consumption econo mies for dif ferent el ectr ic v ehicles.
阻力系数; v 为车辆行驶速度; t 为车辆行驶时间.
令 Ed 为电动汽车车轮上的驱动能量, 则
GE=
E E
d b
E E
e d
=
GteGuw ,
( 3)
式中Gte 为电池组能量经电机和传动系传至驱动轮上 成为驱动能量的效率,
Gte= GbGmGt .
( 4)
式中: Gt 为传动系效率; Gm 为电机效率; Gb 为电池组 放电效率.
0. 700 0. 664 0. 542 0. 623
比能耗/ [ W ·h·( km ·t ) - 1]
46. 0 42. 7 43. 1 43. 2
响后, 即反映到比能耗上出现了不同于单位里程能 耗的分布情况, 并非能耗高的比能耗也高, 从而间接 反映了不同车辆的匹配优化程度, 同时反映了质量 对电动汽车能耗的巨大影响.
不同车型的纯电动汽车总质量相差很大, 范围 为 1～16 t , 因此单位里程能量消耗也有很大差别. 为了进行不同车型间的能耗水平分析和比较, 引入 直流比能耗的概念, 即单位质量在单位里程的能耗, 单位为( kW·h) / ( km·t ) . 此参数可以体现不同车 型间传动系匹配优化程度和能量利用效果.
标. 综合考虑车辆的动力性, 定义电动汽车的能量利
用率 GE 为
GE = Ee / Eb .
( 1)
式中: Ee 为消耗在电动汽车上的有效驱动能量; Eb 为电池组在行驶过程中消耗的总能量,
∫ E e= Gef sv( t) dt. T
( 2)
式中: Ge 为电动汽车的有效载重量; f s 为车轮滚动
同的电池组放电深度, 行驶相同里程消耗的电池组 容量不同. 所以单位里程容耗作为经济性的评价参 数在不同的电池组使用条件下存在一定的误差, 在 不同车型间不具有可比性, 仅适用于电压等级相同, 车型相似情况下能耗经济性能的比较或同一车型能 耗水平随电池组寿命变化历程分析. 1. 1. 3 单位里程能量消耗
单位里程容量消耗和单位里程能量消耗的倒数. 单 位分别为 km/ ( A ·h) , km/ ( kW ·h) . 1. 1. 5 等速能耗经济特性曲线
通常以测出速度间隔为 5 km/ h 或 10 km / h 的 等速行驶能耗量为标准, 在速度-能耗曲线图上连成 曲线, 称为等速能耗经济特性曲线, 但这种评价方法 不能反映汽车实际行驶中受工况变化的影响, 特别 是市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速及停车等 行驶工况. 1. 2 不同车型能耗经济性对比
第 25 卷 第 6 期 2005 年 6 月
北京 理工 大学 学报 T r ansactions of Beijing Instit ut e of T echnolog y
文章编号: 1001-0645( 2005) 06-0479-05
V ol. 25 N o . 6 Jun. 2005
纯电动汽车能耗经济性评价体系初步探讨
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北 京理 工大 学学 报
第 25 卷
1 能耗经济性评价指标
车辆能耗经济性评价常用的指标都是以一定的 车速或循环行驶工况为基础, 以车辆行驶一定里程 的能量消耗量或一定能量使车辆可行驶的里程衡 量. 为了使电动汽车能耗经济性评价指标具有普遍 性, 其评价指标应该满足以下 3 个条件: ¹ 可以对不 同类型的电动汽车经济性进行比较; º 指标参数数 值与整车储存能量总量无关; » 可以直接从参数指 标进行能耗经济性判断. 下面分别介绍常用评价 参数[ 1] . 1. 1 单车能耗经济性评价参数 1. 1. 1 续驶里程
单位里程能量消耗又可以分为单位里程电网交 流电量消耗和电池组直流电量消耗, 单位为( kW· h) / km. 其中交流电量消耗受到不同类型充电设备 的效率影响. 直流电量消耗仅以车载电池组的能量 状态作为标准, 脱离了充电机的影响, 可以比较直接 地反映电动汽车的实际性能.
1. 1. 4 单位容量和单位能量消耗行驶里程 这两种电动汽车能耗经济性的评价指标分别是
图 1 电动汽车能耗参数关系示意图 Fig. 1 T he relat ion of EV ener gy consump tion param et er s
现在世界各国研制的电动汽车直流比能耗在40 ～80 W·h/ ( km ·t ) [ 6] . 表 1 列举了国内近几年研 制的 4 种电动大客车能耗情况. 可以看出相同电压 水平下, 不同电池组容量对电动汽车续驶里程影响 明显. 不同单位里程能量消耗, 在考虑到质量的影
Key words: el ectr ic vehicle ( EV ) ; energy co nsum pt ion econom y; specif ic energy co nsum pt ion; energy usag e ratio
能源和环保问题使近年电动汽车研究深入而广 泛开展, 在电动汽车产业化、商业化的进程中, 纯电 动汽车能耗经济性问题被日趋重视, 急需确立一套 纯电动汽车能耗经济性的评价体系. 作者以北京市 电动汽车公交示范线和示范区的实际运行数据为基
第 6 期
王震坡等: 纯电动汽车能耗经济性评价体系初步探讨
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车型
Y W6120D D BJD 6100-EV
BFC 6110 HF F 6112G K 50
总质量/k g
15 210 15 525 12 560 14 420
Байду номын сангаас
表 1 电动车辆能耗数据对比 Tab. 1 The comparison of EV energy consumption data
电池类型
续驶里程/k m
能耗/ ( kW ·h·km - 1)
铅酸( 336 V@ 340 A·h) 铅酸( 384 V@ 300 A·h) 锂离子( 388 V@ 600 A·h) 铅网( 384 V@ 250 A·h)
163( v = 40 km·h- 1) 168( v = 40 km·h- 1) 313( v = 60 km·h- 1) 154( v = 40 km·h- 1)
2 能量利用率
车辆的动力性和能耗指标是相互矛盾的, 为了
增加动力性, 要求车辆具有更大的后备功率, 但后备
功率大, 必然降低动力系统的负荷率, 从而使能耗经
济性变差. 因而不能片面追求动力性或能耗经济性, 必须取得车辆动力性和能耗经济性之间的优化[ 7] .
上述经济性参数都是单纯考虑能耗所得到的评价指