電動(dòng)汽車(chē)：誰(shuí)用掉了電池電量

　　北京理工大學(xué)機(jī)械與車(chē)輛工程學(xué)院 王震坡 孫逢春

　　由于能源和環(huán)保的壓力，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展成為汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的必然。在現(xiàn)有技術(shù)水平下，電池能量存儲(chǔ)密度還不能達(dá)到燃油的水平，電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)駛里程短成為電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的瓶頸。為了在現(xiàn)有的技術(shù)水平下提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程降低能量消耗率顯得至關(guān)重要。

　　電動(dòng)汽車(chē)能耗分配和電阻耗能

　　電動(dòng)汽車(chē)作為一個(gè)能量系統(tǒng)包括：能量存儲(chǔ)系統(tǒng)、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助電器系統(tǒng)。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)除各種電池組以外，還可能包括超級(jí)電容等儲(chǔ)能設(shè)備。主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是主要能耗系統(tǒng)也是電動(dòng)汽車(chē)行駛的動(dòng)力傳遞途徑。輔助電器系統(tǒng)主要包括：轉(zhuǎn)向助力油泵、氣泵、燈光等低壓電器。

　　相關(guān)資料文獻(xiàn)表明，傳動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械效率、電傳動(dòng)中電器部件效率均在90%以上，單純提高單個(gè)部件性能對(duì)整體能耗影響不大。只有依靠系統(tǒng)的有效合理匹配，提高總體效率，才能降低車(chē)輛的能量消耗率。

　　在(圖1)顯示的能量損耗分配中，電池組的內(nèi)阻是能量損耗的一個(gè)重要原因。一般單體電池的內(nèi)阻在幾毫歐到幾十毫歐，導(dǎo)線(xiàn)電阻率在(0.02—0.03Ω·m)，考慮到電池和導(dǎo)線(xiàn)之間的接觸電阻，整個(gè)電池組的內(nèi)阻可能達(dá)到1Ω。在實(shí)際測(cè)試中，電動(dòng)汽車(chē)常用的電流為60—90A，而消耗在電池組內(nèi)阻上的功率通常達(dá)到3.6—3.8kW，幾乎占到整車(chē)能耗的4%，占量損耗的25%。

　　因此，降低電池組的內(nèi)阻將大大降低電動(dòng)汽車(chē)的能量損耗。在這方面，首先要選擇內(nèi)阻小、一致性好的高質(zhì)量電池。其次，采用大截面導(dǎo)線(xiàn)，加強(qiáng)電池與導(dǎo)線(xiàn)的連接緊密程度也可以減小電池組內(nèi)阻。

　　此外，電動(dòng)汽車(chē)的能耗也與環(huán)境因素有著密切的關(guān)系。其中最主要的影響來(lái)自環(huán)境溫度。

　　首先，各種電池都有最佳工作溫度，且在不同溫度時(shí)電池組放出的能量及內(nèi)阻等都有很大差別。以鋰離子電池為例，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在冬季(-10℃)其可放出能量?jī)H為夏季(30℃)的2/3，電池內(nèi)阻增加了近1倍。

　　其次，溫度對(duì)車(chē)輛各潤(rùn)滑部分、氣泵、轉(zhuǎn)向油泵的工作效率等都有影響。所以電動(dòng)汽車(chē)的能耗受使用溫度的影響很大。

　　電動(dòng)汽車(chē)在不同環(huán)境溫度下運(yùn)行時(shí)，消耗的能量差別很大(溫度低時(shí)能耗大)。能耗隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示，柱狀圖的“實(shí)線(xiàn)”表示不同時(shí)間段的能耗;“虛線(xiàn)”為相應(yīng)時(shí)間段溫度的變化。

　　很明顯，在12:00—16：00的時(shí)間段，溫度相對(duì)較高，能耗率則明顯低于其它時(shí)間段。

　　在不同路段工況情況下電動(dòng)汽車(chē)的能耗率變化比較大。從下圖以BJD6100EV型電動(dòng)公交車(chē)為樣本的測(cè)試情況可以看出，市區(qū)行駛能耗明顯高于環(huán)線(xiàn)路行駛能耗。在市郊道路上，車(chē)流量和人流量小，車(chē)輛經(jīng)常行駛在經(jīng)濟(jì)車(chē)速之上，環(huán)線(xiàn)路平均車(chē)速在30—40公里/小時(shí)區(qū)間，接近測(cè)試車(chē)輛經(jīng)濟(jì)車(chē)速，因此能耗較低。但在環(huán)線(xiàn)路上公交車(chē)站密度比市郊車(chē)站密度大，客流量大，因此在環(huán)線(xiàn)路行駛能耗略大于在市郊。

　　在其他參數(shù)不變的情況下，不同的車(chē)速需要不同的驅(qū)動(dòng)功率，因此不同車(chē)速車(chē)輛能耗也不同。以試驗(yàn)用BJD6100EV型電動(dòng)公交車(chē)為例，在電動(dòng)客車(chē)空載情況下，從不同車(chē)速的能耗測(cè)試和仿真計(jì)算情況可以看出40公里/小時(shí)是此車(chē)的經(jīng)濟(jì)車(chē)速。

　　使用工況是車(chē)輛行駛速度的重要影響因素，特別對(duì)平均車(chē)速有很大影響。統(tǒng)計(jì)表明，道路出行時(shí)間隨道路承載量的增加而增加。當(dāng)路段承載量達(dá)到通行能力40%時(shí)，路段通行時(shí)間迅速增加。當(dāng)路段承載量接近該路段飽和容量時(shí)，通行時(shí)間接近最大值。因此，在車(chē)輛設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)際使用工況，盡量使電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)車(chē)速在常用車(chē)速范圍內(nèi)。

　　降低能量消耗率的措施

　　通過(guò)上述分析，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)能量消耗率影響因素有了全面的了解和認(rèn)識(shí)。為降低能量消耗率建議采用以下方面的措施：

　　有效利用電動(dòng)汽車(chē)可以實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)的特性降低制動(dòng)能量損耗;

　　加強(qiáng)各個(gè)機(jī)械總成、部件的潤(rùn)滑，減小機(jī)械摩擦從而提高傳動(dòng)效率;

　　加強(qiáng)電動(dòng)汽車(chē)整個(gè)系統(tǒng)的匹配和協(xié)調(diào)，尤其是電傳動(dòng)系統(tǒng)和電控部件、電傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)結(jié)合部分的匹配，以提高整體傳動(dòng)效率;

　　在車(chē)輛的設(shè)計(jì)中，采用輕量化設(shè)計(jì)理念，達(dá)到降低能耗的目的;

　　盡量減小電池組的內(nèi)阻。

　(原載《北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)》2004年4月24卷，有刪節(jié))