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传统汽车与纯电动汽车能耗经济效益对比评估研究

作者:李强   来源:财富时代杂志 2019 02月刊 2019-03-07 16:47
 
0引言
汽车排放大量的CO2,随着汽车数量的指数型增加,交通运输产生的CO2量也是惊人的。在我国政府号召保护环境,调整能源结构背景下,百姓开始关注纯电动汽车的发展前景。在欧、美、日等发达国家,纯电动汽车已经被广泛应用,主要被应用在公共服务用车方面[1]。纯电动汽车依靠电能作为行驶的动力,即消耗的是电能,我国电能主要来源于火力发电,换言之,纯电动汽车并不是完全的“零消耗、零排放”。汽车能耗经济效益评价指标常用的是热效率以及能耗指标,即车辆启动过程中产生的热量、规定路程所消耗的能量,通过对比传统汽车与纯电动汽车热效率、能耗,可以对能耗经济效益进行对比评估。
1传统汽车与纯电动汽车能耗对比评估
首先选取长春一汽生产的一款传统汽车以及一款纯电动汽车,对这两款汽车进行能耗对比分析,传统汽车和纯电动汽车的相关基本参数如表1所示。
表1传统汽车和纯电动汽车的相关基本参数
基本参数 传统汽车 纯电动汽车
质量/kg 1100 1260
轴距/mm 2400 2400
发动机排量/L 1.3 -
最高车速/(km/h) 180 120
外形尺寸
(长×宽×高)/mm
4155×1750×1455 4155×1750×1455
燃料类型 汽油(93# 电能
 
从传统汽车和纯电动汽车的相关基本参数中可以看出,传统汽车比纯电动汽车轻了150 kg,这是因为传统汽车与纯电动汽车在动力系统方面不同,传统汽车的动力系统由发动机构成,而纯电动汽车的动力结构由电池、电动机和控制器共同构成[2]
在汽车能耗计算过程中,传统汽车有加速、减速以及匀速等路程,累计用时3分20秒。依托重量法,通过计算获得传统汽车百公里所产生的能耗C,计算公式如下所示:
(1)


公式中,D为传统汽车实际行驶的距离,单位km;Sg为20°C标准温度下汽油(93#)的密度,单位kg/dm3;经过计算该传统汽车百公里油耗为8.0 L,消耗的热量为250220KJ。
根据资料显示,600MW以上的火电发电厂,每消耗340g的标准煤,才能生产1kwh的电能[3]。在GB2589中明确1kg标准煤燃烧所释放的热量为29271KJ,结合《综合能耗计算通则》来看,纯电动汽车在同样路况下,消耗的热量为155120KJ。单纯规定路程所消耗的能量来看,纯电动汽车能耗远小于传统汽车能耗。
2传统汽车与纯电动汽车热效率对比评估
传统汽车的热效率计算通常利用行驶过程中的阻力,该阻力为汽车驱动车轮上的力Fq与驱动轮所行驶距离S的乘积[4]。汽车行驶的总阻力计算公式如下所示:
(2)
 


(2)
公式中,车辆的滚动阻力为Ff;加速阻力为Fj;空气阻力为Fw;坡度阻力为Fg;将公式2转换成传统汽车的行驶阻力,计算公式如下所示:
 

(3)
公式中,车辆的质量为G,f为滚动摩擦系数,α为道路坡度角,w为空气阻力系数,v为汽车的行驶速度,a为汽车的加速度,ξ为汽车旋转质量换算系数。通过计算,传统汽车在百公里行驶过程中,产生的有用功为46007.6KJ,热效率为18.39%。
根据火力发电的国家标准计算出,600MW以上的火电发电厂,煤的平均发电效率为36.17%[5]。从资料上看,纯电动汽车热效率要高于传统汽车的热效率。
由于传统汽车与纯电动汽车热效率、能耗对此分析是在车辆空载情况下,结合理论数据进行计算得出的,因此要对传统汽车与纯电动汽车能耗经济效益进行仿真实验,确保对比评估的有效性。
3实例分析
为了验证传统汽车与纯电动汽车能耗经济效益对比评估研究的有效性,构建实验台,仿真传统汽车和纯电动汽车百公里产生的能耗。随机抽取了10台传统公共汽车,10台纯电动公共汽车,根据能量利用率计算方法,对传统公共汽车与纯电动公共汽车进行经济效益计算。
3.1数据准备
为了确保仿真实验的准确性,设置车辆相关参数,相关参数如表2 所示:
表2 计算能耗经济效益的相关车辆参数
基本参数 传统公交汽车 纯电动公交汽车
质量/kg 10512 12560
额定客载/人 42 36
迎风面积/m2 6.6 6.8
空气阻力系数 0.7 0.58
滚动摩擦系数 0.012 0.012
 
表2中相关车辆参数均为实验车辆的平均数,由于实验车辆均为公共汽车,所以在计算额定载荷时,忽略乘客行李质量。
3.2结果分析
通过计算,不同车速下传统公共汽车与纯电动公共汽车的能量利用率如表3所示。
表3实验结果
车速
/(km/h)
传统公共汽车 纯电动公共汽车
10 0.181 0.48
20 0.127 0.52
30 0. 45 0. 56
40 0.54 0.62
50 0.58 0.67
60 0.66 0.74
 
根据上述实验结果可知,纯电动公共汽车的经济性要优于传统公共汽车,无论是仿真实验还是理论计算,纯电动汽车的能量利用率、百公里耗能均优于传统汽车,尤其是在低速行驶阶段,纯电动汽车能量利用率要比传统汽车高出近38%,同时其能耗经济效益明显高于传统汽车。

4总结

通过分析对比传统汽车与纯电动汽车热效率、能耗,结合经济效益实验结果,完成了传统汽车与纯电动汽车能耗经济效益对比评估研究。通过研究可知,纯电动汽车能够响应国家节能减排的号召,大大减轻环境的负担,同时还缓解了资源匮乏的现状。


(作者为重庆工业职业技术学院 车辆工程学院,重庆 401120)

参考文献

[1]黎土煜, 余大立, 张洪申. 基于GREET的纯电动公交车与传统公交车全生命周期评估[J]. 环境科学研究, 2017(10):159-166.
[2]沈万霞, 张博, 丁宁, et al. 轻型纯电动汽车生产和运行能耗及温室气体排放研究[J]. 环境科学学报, 2017(11):374-382.
[3]李聪波, 陈文倩, 赵来杰, et al. 面向能耗的纯电动汽车双电机动力系统控制策略[J]. 计算机集成制造系统, 2018, v.24;No.241(05):38-49.
[4]李聪波, 赵来杰, 李月, et al. 面向能耗的纯电动汽车两档变速系统参数优化匹配[J]. 计算机集成制造系统, 2018, v.24;No.242(06):5-14.
[5]王雪然, 刘文峰, 李斌, et al. 考虑服务水平的纯电动快速公交发车间隔优化研究[J]. 交通运输系统工程与信息, 2017(1).
作者简介:李强,重庆工业职业技术学院。
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