汽车能耗问题比较

汽车能耗问题比较刘亚陆1杨欢欢2封迪11西南交通大学机械工程学院四川成都6117562西南交通大学信息科学与技术学院四川成都611756摘要：文中根据不同动力源的不同功率和不同做功效率建立三类汽车的能耗模型，能损模型。通过二者之间的比例关系求出能量利用率。统一换算成等效标准煤消耗量，得出结果，传统汽车的能量利用率为19.12%；电动汽车的能量利用率为26.04%；在电池高电荷的情况下混合动力汽车的能量利用率为27.23%，在电池低电荷的情况下混合动力汽车的能量利用率为25.43%。关键词传统汽车电动汽车混合动力汽车能耗比较中图分类号：F407.471文献标识码：A文章编号：1111引言引言引言引言现实生活中主要存三类汽车，即传统汽车、电动汽车和混合动力汽车。传统汽车以汽油为动力原料，利用燃油发动机驱动汽车行驶。电动汽车（ElectricVehicle）是指以车载电源（蓄电池）为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。混合动力汽车（HybridElectricVehicle，HEV）的混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式,以节省燃油及降低排放为其主要优点。2222分析分析分析分析基于能耗的定义，能耗是反映能源消费水平和节能降耗状况的主要指标，一次能源供应总量与国内生产总值(GDP)的比率，是一个能源利用效率指标。该指标说明一个国家经济活动中对能源的利用程度，反映经济结构和能源利用效率的变化。针对汽车能耗问题，采用车辆经济性的评价指标，即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。根据不同动力源的不同功率和不同做功效率建立模型三类汽车的能耗模型，能损模型。从汽车的能量传递角度出发，对影响三类汽车的经济性的能量传递的各个部分进行分析，并考虑影响能耗经济性的内燃机、蓄电池、电机、机械传递部分的传递效率。考虑计算能耗损失部分，统一换算成等效标准煤消耗量，使用能耗利用率这个更具有比较性的概念。3333模型的建立与求解模型的建立与求解模型的建立与求解模型的建立与求解从能耗角度建立数学模型，比较传统汽车、电动汽车、混合动力汽车这三类汽车的节能效果。3.1传统汽车的能量消耗计算模型由于传统汽车的单一动力源，其能量消耗反映到燃油的消耗。（1）传统汽车燃油消耗的计算公式如下：（1-1）发动机功率的计算公式如下：tetPPη=（1-2）发动机的比油耗计算公式如下：()()oeproprottη=（1-3）63.610okprof×=（1-4）将公式（1-2）、（1-3）、（1-4）带入（1-1）中即可求解得到传统汽车燃油消耗（2）传统汽车的燃油消耗的能量不可能完全转化成动能供给汽车运行，因此需要计算传统汽车的能量损耗，公式如下：0(1)tetttPSdtηη=−∫（1-5）（3）由传统汽车的能耗和能损就可以得到传统汽车的能量利用率，公式如下：100%USUη−=×（1-6）3.2电动汽车的能量消耗计算模型国内对于纯电动汽车的研究大多是基于传统汽车的改造，故在将发动机和油箱用蓄电池和电机代替外，仍然保留了传统汽车的变速器变速箱等传统部件。（1）纯电动汽车的能量消耗公式与传统汽车能量消耗公式类似，如下：0()()tmtUgetPtdt=∫（1-7）（1-7）中电动机的功率计算公式如下：tmtPPη=（1-8）（1-6）中电池电能耗用量公式如下：()()()gmtgettηη=（1-9）将（1-8）和（1-9）带入（1-7）就可以计算得到能耗公式（2）纯电动汽车同样也具有能量损失，公式如下：0(1)tmtttPSdtηη=−∫（1-10）（3）由纯电动的能耗和能损就可以得到纯电动汽车的能量利用率，公式如下：100%USUη−=×（1-11）3.3混合动力汽车的能量消耗计算模型由于混合动力汽车多于一个动力源，其结构虽有多种形式，如常用的串联式和并联式，其动力源除了发动机外，还有动力电池。因此，混合动力汽车的能量消耗不仅有燃油的消耗，也有电池的电量消耗，但是电池电量是通过燃油的消耗来获得的，因此以()cPt表示发动机在电池电力不足时对蓄电池充电的功率。（1）混合动力汽车的燃油消耗公式如下：0()()()tectUprotPtPtdt=+∫（1-12）（2）混合动力汽车的能量损失公式如下：0(1)tcetttPPSdtηη+=−∫（1-13）（3）混合动力汽车的能量利用率公式如下：100%USUη−=×（1-14）4444能量利用率计算能量利用率计算能量利用率计算能量利用率计算为便于比较，将汽油车的100km油耗折算为等效标准煤消耗量，同样将电动汽车每100km耗电量折算为等效标准煤消耗量，将混合动力电动汽车的100km电耗和油耗折算为等效标准煤消耗量，单位kg。普通汽油车平均油耗为10L/100km左右(1L汽油质量为0．74kg)依据2008年6月1日正式实施的最新国家标准GB/T2589－2008《综合能耗计算通则》，每千克汽油折合标准煤为1.4714kg。目前纯电动汽车所推出车型的一次充电续航里程普遍在100～200km，每100km耗电量8～16kWh。由于耗电量已经将电机损耗计算在内，因此不计电动汽车电机效率。取电力当量值为3600kJ/(kWh)、每千克标准煤的热值为29271kJ、每100km耗电量为15kWh，计算电动汽车的每100km等效标准煤消耗量。轻型混合动力汽车能量消耗计算按不可外接充电的混合动力汽车计算，因为发动机给蓄电池充电。蓄电池存在高电荷状态和低电荷状态，因此按照高电荷状态电耗量为14.29kWh/100km，油耗为0.89L/100km和低电荷状态电耗量为0.31kWh/100km，油耗为6.57L/100km两种方式计算。计算获得结果如下：表1-1三类汽车的能量利用率车型能耗等效标准煤消耗量能损等效标准煤消耗量能量利用率传统汽车10.892.0819.12%纯电动汽车7.0951.84826.04%混合动力汽车电力装置处于高电荷状态2.72670.742527.23%电力装置处于低电荷状态7.19181.828925.43%5555结论结论结论结论由上表可见，纯电动汽车和混合动力汽车的能量利用率相比差不多，都比传统汽车高，发展电动汽车和混合动力汽车是必然的趋势。参考文献：1冯能莲,李克强,董珂,连小珉;混合动力汽车性能仿真研究[J];系统仿真学报;2004年06期2贾迎春;燃料电池混合动力电动车仿真分析与控制策略研究[D];吉林大学;2005年3孙远涛;张洪田;;混合动力汽车研究状况及发展趋势[J];黑龙江工程学院学报(自然科学版);2011年02期4陈建文;令狐婷;吕良恺;梁聪聪;;汽车混合动力技术发展现状及前景[J];汽车零部件;2011年08期