第三節(jié)　電動(dòng)汽車與燃油汽車的熱效率與能耗差異

以國(guó)內(nèi)某汽車廠生產(chǎn)的一款燃油汽車與該廠生產(chǎn)的電動(dòng)汽車為例進(jìn)行對(duì)比分析，該電動(dòng)汽車是在同款燃油汽車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)生產(chǎn)制造的，兩車的相關(guān)基本參數(shù)見表1-5。從表中可以看出，電動(dòng)汽車的整備質(zhì)量比燃油汽車大了160kg，主要是由于電動(dòng)汽車與燃油汽車只是在動(dòng)力系統(tǒng)方面的不同（其他基本沒有變化），電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、控制器和電池構(gòu)成，而燃油汽車則由傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成。

一、燃油汽車百公里能耗、熱效率分析

1.燃油汽車百公里能耗

燃油汽車百公里能耗是通過(guò)乘用車模擬城市循環(huán)工況燃料消耗量臺(tái)架試驗(yàn)（圖1-14），并按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12545.2—2008測(cè)得。試驗(yàn)規(guī)定十五工況循環(huán)試驗(yàn)，其中有怠速、加速、等速等，全循環(huán)累計(jì)時(shí)間195s，并采用重量法確定百公里燃料消耗量C。

式中，Sg為標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃（293K）下的燃料密度，kg/dm3；D為試驗(yàn)期間的實(shí)際行駛距離，km；M為燃料消耗量測(cè)量值，kg。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得該車城市工況百公里油耗8.0L。取汽油的密度0.725kg/L，汽油熱值43124kJ/kg，可得8.0L汽油所含熱量為250119kJ。

2.燃油汽車熱效率計(jì)算

在計(jì)算該車熱效率時(shí)，采用作用在驅(qū)動(dòng)車輪上的力Fq乘以在該力作用下驅(qū)動(dòng)輪所行駛的距離S。由汽車行駛的總阻力

∑F=Ff+Fw+Fi+Fj

式中，Ff為滾動(dòng)阻力；Fw為空氣阻力；Fi為坡度阻力；Fj為加速阻力。汽車行駛方程式

式中，Ft為汽車驅(qū)動(dòng)力；G為整車質(zhì)量；f為滾動(dòng)阻力；α為道路坡度角；CD為空氣阻力系數(shù)；A為車輛橫截迎風(fēng)面積；uα為行車速度；δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；m為汽車總質(zhì)量；為汽車行駛加速度。在試驗(yàn)中道路坡度角為0，即坡度阻力為0，計(jì)算過(guò)程中不予考慮。取滾動(dòng)阻力系數(shù)0.02，由于空氣阻力較小，未予考慮。

根據(jù)GB/T 12545.2—2008的試驗(yàn)要求，計(jì)算十五工況循環(huán)中每個(gè)工況汽車所做有用功。在計(jì)算過(guò)程中，離合器脫開的情況下，汽車并沒有將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)的機(jī)械能，所以對(duì)這部分熱能不計(jì)算在汽車有用功之內(nèi)。計(jì)算工況2、3、4、6、7、8、10、11、12、13、14下汽車所做有用功為450.076kJ，其百公里所做有用功為45007.6kJ。汽車熱效率為18%。

二、電動(dòng)汽車百公里能耗、熱效率分析

相關(guān)信息顯示，在2009年我國(guó)6000kW以上級(jí)發(fā)電企業(yè)每生產(chǎn)1kW·h的電能需要消耗340g的標(biāo)準(zhǔn)煤，另外國(guó)標(biāo)GB/T 2589—2008中已經(jīng)寫明每燃燒1kg標(biāo)準(zhǔn)煤所能釋放的熱量值為29271kJ，而從2008年6月1日開始使用的《綜合能耗計(jì)算通則》來(lái)看，電力當(dāng)量值是3600kJ/kW·h。由以上火力發(fā)電的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出，我國(guó)電力企業(yè)利用標(biāo)準(zhǔn)煤的平均發(fā)電效率為

將我國(guó)火力發(fā)電效率取為36%。發(fā)電廠內(nèi)機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)和控制設(shè)備的工作都要消耗一定的電能，此電能直接來(lái)自廠內(nèi)發(fā)電，稱為廠用電，通常的廠用電率為5%～10%，而像擁有300MW機(jī)組的發(fā)電廠則達(dá)到5%，這里取用5%。

發(fā)電廠生產(chǎn)的電能首先要經(jīng)過(guò)變壓器轉(zhuǎn)化成高壓交流電后，才能通過(guò)高壓電纜傳送到企業(yè)、工廠和普通家庭中，雖然高壓輸送可以有效地減少能量損失，但仍然有電纜和變壓器的電阻能量損耗。2009年，全國(guó)電網(wǎng)輸電線路損失率為8%。目前，國(guó)內(nèi)的充電動(dòng)機(jī)效率一般在94%。純電動(dòng)汽車采用的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組，電池由于受到內(nèi)阻的影響，其放電效率不能達(dá)到100%，此外電池的放電效率還受到放電電流大小因素的影響。因此取電池的放電效率為91%。電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)效率為85%。純電動(dòng)汽車效率為22%。

通過(guò)乘用車模擬城市循環(huán)工況燃料消耗量臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)得，該電動(dòng)汽車在城市工況下的百千米耗電量為16kW·h。目前，我國(guó)電力供應(yīng)主要有火電、水電、核電、風(fēng)電。源自國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)的數(shù)據(jù)表明，我國(guó)在2010年的發(fā)電總量達(dá)到了4.1413×1012kW·h，具體包括：煤炭火力發(fā)電3.3253×1012kW·h，江河水力發(fā)電6.622×1011kW·h，原子核能發(fā)電7.34×1010kW·h，風(fēng)力發(fā)電4.30×1010kW·h，由此可計(jì)算目前中國(guó)火電廠發(fā)電量占全國(guó)發(fā)電量的比例為80%。所以在電動(dòng)汽車城市工況耗電量16kW·h的情況下，火電廠的發(fā)電量應(yīng)為

16×80%÷94%÷92%÷95%=15.6（kW·h）

所需供電標(biāo)煤為：15.6×0.34=5.3（kg）

即熱量為：5.3×29271=155136（kJ）

通過(guò)對(duì)比，該電動(dòng)汽車在百公里能耗、綜合效率、比能耗方面均優(yōu)于燃油汽車，在百公里能耗方面燃油汽車要高出近38%，這是由于燃油汽車在怠速、低速等工況下，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)或者處在低效率區(qū)。比能耗是單位汽車質(zhì)量行駛單位距離汽車的耗能，可對(duì)不同質(zhì)量的兩車進(jìn)行能耗比較，從數(shù)據(jù)比較來(lái)看，電動(dòng)汽車在比能耗方面優(yōu)勢(shì)明顯，見表1-6。