電動(dòng)車輛不同行駛模式對(duì)空調(diào)系統(tǒng)效能的影響

1、 電動(dòng)車輛不同行駛模式對(duì)空調(diào)系統(tǒng)效能的影響 發(fā)表于美國(guó)機(jī)車工程學(xué)會(huì)國(guó)際刊 Jong Tae Lee 美國(guó)環(huán)境工程研究協(xié)會(huì)Seokjoo Kwon 漢陽大學(xué)Yunsung Lim 美國(guó)環(huán)境工程研究協(xié)會(huì)Mun Soo Chon 忠州國(guó)立大學(xué)Daesik Kim 韓國(guó)江陵大學(xué) 摘 要 ： 在如今世界各國(guó)都在努力降低空氣污染的大環(huán)境下，電動(dòng)車輛出現(xiàn)在我們視野中并得到了大力推廣。電動(dòng)車輛通過電池組提供的電力能源驅(qū)動(dòng)。我們發(fā)現(xiàn)在電動(dòng)車輛電力消耗過程中，空調(diào)系統(tǒng)的作用效果是一個(gè)很嚴(yán)重的問題。因此在此次的研究中，我們主要針對(duì)在行駛過程中不同模式的行駛模式空調(diào)系統(tǒng)的作用效果（供暖和制冷效果） 。主要的模式有城鎮(zhèn)

2、行車模式、高速公路行駛模式、歐洲循環(huán)行車模式。研究結(jié)果顯示電動(dòng)車輛的電能效率與普通內(nèi)燃機(jī)車的在高速公路相對(duì)城市街道中能源消耗趨勢(shì)恰恰相反。在高速公路的駕駛模式中，電動(dòng)車能效和行駛里程都要比城市街道駕駛模式中要小一點(diǎn)。出現(xiàn)這種情況是由于發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，在高速行駛過程中處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，扭轉(zhuǎn)力減小，而且在高速行駛模式中擁有一種連貫穩(wěn)定的速度，這樣就無法有效利用剎車能源回收系統(tǒng)。一般來說，空調(diào)系統(tǒng)占用了大約33%的耗能在駕駛過程中。 第一部分：基本介紹由于溫室氣體的不斷增加導(dǎo)致的全球變暖是一個(gè)世界性難題。大氣中含量最多的溫室氣體是水蒸氣、二氧化碳、甲烷、一氧化氮、臭氧 . 這些氣體有很大一部分比例

3、是由內(nèi)燃機(jī)尾氣排放所造成的。因此很多國(guó)家努力減少內(nèi)燃機(jī)中的尾氣排放。最終，他們制定了尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，并用這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這些造成污染的污染源加以限制。加利福尼亞氣體能源集團(tuán)制定了更加嚴(yán)苛的機(jī)車排放標(biāo)準(zhǔn)因?yàn)榧又莸臋C(jī)動(dòng)車市場(chǎng)是全球最大的市場(chǎng)之一。歐洲排放標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已在新加入歐盟的國(guó)家中頒布實(shí)施。歐洲的這一系列尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)被稱作為歐5系列標(biāo)準(zhǔn)、歐6系列標(biāo)準(zhǔn)等等。在2013年十二月氮氧化物的排放已經(jīng)減少56%（0.180.08KWh） 。中國(guó)也在2000年頒布實(shí)施了他們首次針對(duì)機(jī)動(dòng)車輛尾氣污染設(shè)立的排放標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于歐洲一系標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)國(guó)家環(huán)保局在2010年將標(biāo)準(zhǔn)提升到歐洲四系標(biāo)準(zhǔn)。電動(dòng)車輛正是為了滿足這類新的環(huán)境要

4、求，催生的新型能源車輛。電車?yán)脙?chǔ)存的電力能源帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)從而牽引機(jī)車。電力能源，如可再充電電池組是通過化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。所以它不需要消耗任何化石燃料來驅(qū)動(dòng)車輛。豐田普利，第一批大規(guī)模生產(chǎn)的化學(xué)電池機(jī)車在2001面世。此后日產(chǎn)LEAF也將產(chǎn)品推向市場(chǎng)，到2012六月末銷售量超過了32000輛，這也是世界上最暢銷的高速公路可用的全電動(dòng)機(jī)車。在此次的研究中，Suzuki.T 和 Ishii.K 曾于1996年研究了電力機(jī)車中空調(diào)系統(tǒng)。他們的目標(biāo)是提供舒適的內(nèi)車廂空氣環(huán)境，并盡量少的消耗電力能源。Martin.D 和EI-Bourini.曾發(fā)表機(jī)車車廂空調(diào)系統(tǒng)的供暖與制冷效果實(shí)現(xiàn)與管理。為了讓空調(diào)系統(tǒng)

5、在更少電力消耗情況下表現(xiàn)得更好，他們采用了電力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)排氣系統(tǒng)（其中包括了一個(gè)多空壓縮機(jī)）。Martin.D 和EI-Bourin發(fā)明了一種新型的能在不同行駛模式中預(yù)測(cè)電力消耗的數(shù)學(xué)模型。他們意識(shí)到了電力機(jī)車應(yīng)用范圍很多時(shí)候會(huì)在天氣較冷的環(huán)境下失效，這大多是電池組效能不佳的例子。本篇論文重在分析電車在不同行駛過程中空調(diào)作用效果。此外，不同行駛模式電車的行駛里程和能耗效率也會(huì)和內(nèi)燃機(jī)車做比較研究。 第二部分：實(shí)驗(yàn)計(jì)劃表一中顯示出每一組實(shí)驗(yàn)的示意圖，為了更好的評(píng)估電動(dòng)機(jī)車的行駛里程和能效狀況，首先電車的里程計(jì)必須超過300km。確定里程計(jì)后，電池的首先與充滿，保證每組實(shí)驗(yàn)在相同的電力環(huán)境下，大致需

6、要在室內(nèi)20度30度環(huán)境下充電12-36個(gè)小時(shí)。第二天，把里程計(jì)安裝在么一個(gè)機(jī)車上后，實(shí)驗(yàn)正式開始。當(dāng)車輛不能再按照其預(yù)設(shè)的行車模式繼續(xù)行駛時(shí)，車輛行駛實(shí)驗(yàn)正式結(jié)束。在每一種車輛行駛駕駛過程中，每一部車都會(huì)有10分鐘的練習(xí)車鑰匙的使用。最后一步驟是一整個(gè)晚上12小時(shí)的充電，已測(cè)量在兩小時(shí)內(nèi)能充的電量為多少。 第三部分：實(shí)驗(yàn)操作為了分析在電車行車過程中空調(diào)系統(tǒng)的作用效果，需要預(yù)先設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的駕車狀態(tài)，而且要設(shè)定每部車都要將其空調(diào)系統(tǒng)載滿功率供暖或者制冷的情況下這兩種不同的駕駛環(huán)境中分別在每種不同的駕駛模式中執(zhí)行。如：城鎮(zhèn)行車模式、高速公路行駛模式、歐洲循環(huán)行車模式。城鎮(zhèn)行車模式被作為美國(guó)的機(jī)動(dòng)車輛

7、的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)?？尚旭偩嚯x約為12km，持續(xù)時(shí)間約為1372s，平均速度為31.4km/h.高速行駛模式同樣是在美國(guó)提出應(yīng)用。行車距離為16.5km，持續(xù)時(shí)間為765s，平均速度為77.7km/h。歐洲循環(huán)模式大約被歐洲應(yīng)用實(shí)施的。行駛距離為11km,持續(xù)時(shí)間為1180s,平均速度為33.6km/h,速度上限為120km/h. 第三部分：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論為了分析三種不同駕駛模式的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖表3所示。城鎮(zhèn)行駛模式行車?yán)锍檀蠹s比其他行車模式的行車?yán)锍谈叱?2.6%。這是因?yàn)殡妱?dòng)車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由電力馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。在低速旋轉(zhuǎn)的過程中，電力馬達(dá)的扭轉(zhuǎn)力會(huì)更大。一般，內(nèi)燃機(jī)車在高速公路行車模式燃油消耗要

8、比其他機(jī)車消耗掉更多的能源。這種特別的影響因素正是它與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車的最大不同之處。更多的能源。這種特別的影響因素正是它與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車的最大不同之處上圖表示出電力機(jī)車的行駛能源消耗公式，城鎮(zhèn)行駛模式的作用效率為6.53km/KWh，高速公路行駛模式的作用效率為5.67km/KWh。歐洲環(huán)島行駛模式的作用效率為5.82km/KWh。最終在這種結(jié)果下，駕駛里程的影響很大程度來源于電能效率的降低。表四則顯示出電力機(jī)車在滿載荷的情況下駕車?yán)锍逃绊懸蛩?。首先，操作?duì)行車?yán)锍叹褪且粋€(gè)很大的影響因素。城鎮(zhèn)行駛模式里程減少約為16.7%（149.3124.4km），高速公路行駛模式里程減少約為12.3%（132

9、.1115.86km）；而對(duì)于另外一種模式卻沒有太大的影響。在電力機(jī)車的供暖過程中，加熱器滿載荷的情況下，城鎮(zhèn)行駛模式參數(shù)在表5中顯示。實(shí)驗(yàn)會(huì)在同樣的狀況下對(duì)比試驗(yàn)，除非在加熱設(shè)備操作過程中或者數(shù)據(jù)的結(jié)果顯示加熱器已超過負(fù)荷極限才會(huì)終止實(shí)驗(yàn)。駕駛歷程減少幾乎達(dá)到了49.8%。其中很有趣的是，加熱器或者制冷器的負(fù)荷減少僅僅是16.7%如圖表4所示。但是城鎮(zhèn)行駛模式的頭部載荷降低了49.8%（149.374.94km）.溫度和空調(diào)負(fù)荷在駕駛里程降低中起決定性作用，然而空調(diào)載荷卻比以前降低三倍之多。很明顯電力能源消耗和空調(diào)是否滿載和沒有太大的關(guān)系。從表六可以看出電力機(jī)車和內(nèi)燃機(jī)車的區(qū)別。正如前面提到

10、的，很明顯電力機(jī)車的駕駛模式對(duì)駕駛里程的影響是完全不同的兩種結(jié)果。在高速公路的駕駛模式中，電動(dòng)車能效和行駛里程都要比城市街道駕駛模式中要小一點(diǎn)。出現(xiàn)這種情況是由于發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，在高速行駛過程中處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，扭轉(zhuǎn)力減小，而且在高速行駛模式中擁有一種連貫穩(wěn)定的速度，這樣就無法有效利用剎車能源回收系統(tǒng)。城鎮(zhèn)行駛模式里程減少約為16.7%（149.3124.4km），高速公路行駛模式里程減少約為12.3%（132.1115.86km）；加熱器或者制冷器的負(fù)荷減少僅僅是16.7%如圖表4所示。但是城鎮(zhèn)行駛模式的頭部載荷降低了14.5%。 第三部分：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論在此次研究過程中，不同駕駛模式的實(shí)

11、驗(yàn)調(diào)查以探尋電車的駕駛影響因素?？照{(diào)系統(tǒng)和滿載荷試驗(yàn)加在后面是為了幫助我們探尋它們?nèi)绾斡绊戱{駛環(huán)境的。1、 城鎮(zhèn)駕駛模式的駕駛里程大約是比高速公路模式和歐洲環(huán)島駕駛模式高出12.6%，因?yàn)殡娷嚨呐まD(zhuǎn)力會(huì)在低速時(shí)候變得更大，所以電車會(huì)在城鎮(zhèn)行駛過程中更適合。2、 研究發(fā)現(xiàn)電車的空調(diào)系統(tǒng)會(huì)對(duì)其駕車?yán)锍痰慕档推鸷艽笞饔谩３擎?zhèn)行駛模式里程減少約為16.7%（149.3124.4km），高速公路行駛模式里程減少約為12.3%（132.1115.86km）；而對(duì)于另外一種模式卻沒有太大的影響3、 城鎮(zhèn)行駛模式的頭部載荷降低了49.8%（149.374.94km）.溫度和空調(diào)負(fù)荷在駕駛里程降低中起決定性作用

12、，然而空調(diào)載荷卻比以前降低三倍之多。很明顯電力能源消耗和空調(diào)是否滿載和沒有太大的關(guān)系。4、 整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，電力能源損耗在模式改變的情況下并沒有太大的影響。盡管在空調(diào)系統(tǒng)全載荷情況和加熱器系統(tǒng)全載荷兩種情況能量損耗模式相似。5、 在內(nèi)燃機(jī)車的試驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)高速公路行駛模式能源消耗比城鎮(zhèn)模式要更大。電車在高速公路行駛模式中相對(duì)于城鎮(zhèn)行駛模式來說，駕駛里程減小。當(dāng)開啟空調(diào)系統(tǒng)后，內(nèi)燃機(jī)車的燃油平均減少率，要比普通電力機(jī)車減少的幅度更大。 參考文獻(xiàn) 聯(lián)系信息聲明：本次研究經(jīng)費(fèi)由NIER（國(guó)家環(huán)境工程研究協(xié)會(huì)）科研基金提供簡(jiǎn)寫形式EPA ENVIROMENTAL PROTECTION AGENCY 環(huán)保局CARB CALIFORNIA AIR RESOURCES BOARD 加州氣體燃