電動(dòng)汽車節(jié)能減排效應(yīng)與節(jié)能途徑探究

羅永

摘 要：隨著全球環(huán)境的惡化和能源矛盾的不斷突出，傳統(tǒng)的燃油汽車將逐步被新能源汽車所替代，如新能源電動(dòng)汽車的出現(xiàn)，為改善環(huán)境問(wèn)題，緩解能源矛盾提供了切實(shí)可行的方案，本文從電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，對(duì)電動(dòng)汽車節(jié)能減排效應(yīng)進(jìn)行了分析，提出了一些新能源電動(dòng)汽車的節(jié)能途徑，重點(diǎn)對(duì)電動(dòng)汽車電動(dòng)空調(diào)的節(jié)能方案進(jìn)行了探究分析。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車 節(jié)能減排 發(fā)展路徑 電動(dòng)空調(diào)

新能源電動(dòng)汽車是當(dāng)下汽車工業(yè)發(fā)展的主流方向，實(shí)現(xiàn)新能源電動(dòng)汽車節(jié)能減排的良好效益具有重要意義。在動(dòng)力電池與驅(qū)動(dòng)電機(jī)等關(guān)鍵技術(shù)難以取得重大突破的情況下，如何從電動(dòng)汽車電動(dòng)輔件著手，在保證汽車安全性和舒適性的前提下，尋找高效的電動(dòng)汽車電動(dòng)輔件節(jié)能控制方法和控制策略，是當(dāng)前電動(dòng)汽車節(jié)能的有效途徑。

1 我國(guó)新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)每年在市場(chǎng)上投放的新能源汽車數(shù)量巨大，但是投放具有地域性特征。東南沿?；蛘咧胁康貐^(qū)是新能源汽車投放的主要區(qū)域，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)的地區(qū)，這種表現(xiàn)越明顯，反觀在一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)，新能源汽車的推廣與投放依然有很長(zhǎng)的一段路要走。

由于政府在政策、投資等方面對(duì)新能源汽車的扶持力度較大，近年來(lái)新能源汽車尤其是純電動(dòng)汽車的市場(chǎng)規(guī)模在不斷擴(kuò)大。我國(guó)新能源汽車的發(fā)展依然處于初級(jí)階段，通過(guò)新能源汽車來(lái)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展依然后勁不足，同時(shí)與傳統(tǒng)的汽車行業(yè)相比，無(wú)論在市場(chǎng)規(guī)模還是在保有量方面，新能源汽車尤其是電動(dòng)汽車具有很大的空間。

在新能源汽車的推廣和普及過(guò)程中，城市公交車和出租車成為了新能源汽車的首選試點(diǎn)對(duì)象，且城市公交車和出租車數(shù)量龐大，提高電動(dòng)汽車的節(jié)能水平，將對(duì)城市發(fā)展帶來(lái)顯著影響。我國(guó)新能源汽車的發(fā)展目前仍處于初級(jí)階段，在發(fā)展過(guò)程中面臨諸多困難和挑戰(zhàn)。當(dāng)下的新能源汽車發(fā)展路徑具體表現(xiàn)為：政府機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的新能源汽車技術(shù)路徑，新能源電動(dòng)汽車制造商設(shè)計(jì)的技術(shù)路徑。

2 新能源電動(dòng)汽車節(jié)能減排效應(yīng)分析

2.1 能耗測(cè)算法

傳統(tǒng)的燃油汽車由于使用的能源單一，在測(cè)算時(shí)比較簡(jiǎn)單與容易，但是新能源電動(dòng)汽車消耗的是電能，需要對(duì)我國(guó)發(fā)電綜合率、電網(wǎng)輸電效率等進(jìn)行結(jié)合計(jì)算，這樣才能得到新能源電動(dòng)汽車的電耗。如果是純電動(dòng)汽車，在對(duì)電耗進(jìn)行計(jì)算時(shí)需要綜合考慮發(fā)電結(jié)構(gòu)與運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)條件;如果是混合動(dòng)力及燃油汽車的能耗，電力驅(qū)動(dòng)一般在汽車處于低速行駛時(shí)才得以實(shí)現(xiàn)，而且混合動(dòng)力的汽車電能消耗太少可以忽略不計(jì)。

2.2 車用燃料生命周期

新能源電動(dòng)汽車節(jié)能減排的效應(yīng)，可以在車用燃料生命周期的應(yīng)用下，對(duì)熱量消耗進(jìn)行統(tǒng)一化的判斷，然后對(duì)電動(dòng)汽車節(jié)能相應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)。車用燃料的上游與下游兩個(gè)階段是車用燃料生命周期中的主要組成部分，上游與下游兩個(gè)部分主要包括開采、運(yùn)輸與燃料的使用等。

2.3 碳排放測(cè)算方法

不同的汽車在動(dòng)力的使用上也有所不同，因此需要對(duì)純電動(dòng)車與混合動(dòng)力汽車等碳排放模型的建立上也要有所不同。電能是純電動(dòng)汽車的能量來(lái)源，在車用燃料生命周期法的應(yīng)用下，可以對(duì)發(fā)電能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并對(duì)二氧化碳的排放量進(jìn)行計(jì)算與確定。

2.4 測(cè)算結(jié)果分析

相比于2012年，在2020年我國(guó)發(fā)電能源結(jié)構(gòu)主要能源的所占比例發(fā)生較大變化。煤電從2012年的73.9%下降到2020年的59.5%;氣電從2012年的2.4%上升到2020年的4.0%;水電從2012年的17.3%上升到2020年的19.6%;核電從2012年的2.0%上升到2020年的3.0%;風(fēng)電從2012年的2.0%上升到2020年的9.9%;光伏從2012年的0.3%下降到2020年的2.5%。

純電動(dòng)汽車與燃油汽車的能耗對(duì)比。通過(guò)對(duì)能源守恒原理的應(yīng)用，在計(jì)算后得到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車、內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)的油電混動(dòng)及燃油汽車的能耗進(jìn)行了測(cè)算，并得到了相關(guān)的結(jié)論。發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率從2012年到2020年是逐步提升的，且趨向于25%;一般電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)化效率、電池的充放電效率分別為90%與91%;同時(shí)在2020年我國(guó)原油開采提煉效率與汽油運(yùn)輸效率分別達(dá)到98%與99%。對(duì)于碳排放的對(duì)比來(lái)看，煤、天然氣與汽油的標(biāo)準(zhǔn)煤排放因子分別為2.81kg/kgce、1.80kg/kgce、2.03kg/kgce。

3 新能源電動(dòng)汽車的節(jié)能途徑探究

電動(dòng)汽車主要由動(dòng)力電池組、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)輔件等組成，在汽車行駛過(guò)程中，為了滿足汽車動(dòng)力性需求，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)消耗的能量占了總能量的三分之二以上，但是電動(dòng)輔件消耗的能量也占了很大比重。如何提高電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作效率、降低電動(dòng)輔件的能耗水平，成為了提高電動(dòng)汽車節(jié)能水平的主要途徑?，F(xiàn)就電動(dòng)汽車的發(fā)展路徑和節(jié)能途徑進(jìn)行探究分析。

3.1 加強(qiáng)政策支持

新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展必須得到政府的大力支持，這樣才能有效推動(dòng)新能源電動(dòng)汽車行業(yè)的健康發(fā)展[1]，才能真正發(fā)揮電動(dòng)汽車在節(jié)能減排方面的優(yōu)勢(shì)。第一，明確各領(lǐng)域的車輛電動(dòng)化進(jìn)程時(shí)間表。對(duì)于可以實(shí)現(xiàn)全面電動(dòng)化的城市公共交通領(lǐng)域，全面實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化，比如公交車、出租車等。與政府部門關(guān)系比起的職能部門或者公共部門也要逐漸實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化，比如政府公車、環(huán)衛(wèi)部門等。在道路客運(yùn)等領(lǐng)域推廣電動(dòng)汽車。第二，引導(dǎo)提高產(chǎn)品供給質(zhì)量。首先需要制定高標(biāo)準(zhǔn)，保證產(chǎn)品的使用壽命與安全性，其次要優(yōu)化制度管理辦法，為企業(yè)的創(chuàng)新提供保障，最后就是要加強(qiáng)氫燃料電池汽車技術(shù)的研究，為新能源汽車行業(yè)的發(fā)展提供保障[2]。第三，進(jìn)一步優(yōu)化財(cái)稅支持體系。政府要加大對(duì)新能源汽車的財(cái)政支持，保證行業(yè)的健康發(fā)展，同時(shí)也要在公共領(lǐng)域推廣新能源汽車，為產(chǎn)品的銷售保駕護(hù)航。通過(guò)購(gòu)置補(bǔ)貼、稅收減免、公共服務(wù)領(lǐng)域車輛運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼等各項(xiàng)政策，有序保證新能源汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。第四，完善充電基礎(chǔ)設(shè)施政策體系。如果新能源電動(dòng)汽車得到發(fā)展，并且大量投入到市場(chǎng)上，但是沒有配備相關(guān)的充電基礎(chǔ)設(shè)施，或者基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)不達(dá)標(biāo)，這樣也會(huì)阻礙行業(yè)的發(fā)展。因此需要優(yōu)化充電基礎(chǔ)設(shè)施的審批流程，保證建設(shè)的有效進(jìn)行，完善場(chǎng)站建設(shè)配套標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化，保證充電基礎(chǔ)設(shè)施在使用期間的安全性與可靠性[3]。

3.2 電動(dòng)汽車的節(jié)能途徑

3.2.1 電動(dòng)空調(diào)的節(jié)能途徑

（1）相比于傳統(tǒng)的汽車電動(dòng)汽車在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的差異較大，且不同的電動(dòng)汽車有不同的特征。純電動(dòng)汽車沒有發(fā)動(dòng)機(jī)作為空調(diào)壓縮機(jī)的動(dòng)力源，同時(shí)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)取暖與除霜的作用。燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)具有穩(wěn)定的余熱，雖然沒有發(fā)動(dòng)機(jī)，但是依然可以實(shí)現(xiàn)良好的工作狀態(tài)。電加熱器PTC是當(dāng)下采用的最為普遍的純電動(dòng)車采暖方式，但是該方法在實(shí)際應(yīng)用中，由于能耗較高與系統(tǒng)效率較低，無(wú)法達(dá)到節(jié)能的效果[4][5]。

不管是對(duì)于純電動(dòng)乘用車還是純電動(dòng)客車，電動(dòng)空調(diào)的使用都會(huì)對(duì)整車的能耗和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生明顯影響，如何降低電動(dòng)空調(diào)等輔件的能耗也是電動(dòng)汽車重要的節(jié)能途徑。若對(duì)于純電動(dòng)客車，由于其具有乘員和行駛環(huán)境變化大的特點(diǎn)，因此根據(jù)電動(dòng)客車的具體行駛環(huán)境可以動(dòng)態(tài)控制空調(diào)的工作狀態(tài)，如人少的時(shí)候可以適當(dāng)提高車內(nèi)溫度以減小需求制冷量，從而降低能耗。

目前廣泛采用的熱泵空調(diào)技術(shù)，在電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，且能起到良好的節(jié)能效果。第一，熱泵系統(tǒng)制冷。在壓縮機(jī)內(nèi)，低溫低壓的氣態(tài)制冷劑可以被壓縮為高溫高壓氣體，在外部換熱器中可以留制冷劑，放熱過(guò)程是從內(nèi)到外依次進(jìn)行的。第二，熱泵系統(tǒng)采暖。在壓縮機(jī)內(nèi)低溫低壓的氣態(tài)制冷劑被壓縮為高溫高壓狀態(tài)，在內(nèi)部換熱器中流入制冷劑，這時(shí)就可以向車內(nèi)放熱。在某汽車上熱泵系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在0℃、-10℃、-18℃時(shí)，行駛里程分別增加25%、21%、14%。通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，熱泵系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用效果。

（2）具體方案。方案一：電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)與HVAC總成等是組成系統(tǒng)的主要部件，電動(dòng)壓縮機(jī)在電動(dòng)空調(diào)基礎(chǔ)上的應(yīng)用，在HVAC總成內(nèi)部增加車內(nèi)冷凝器和輔助加熱PTC，將多個(gè)電磁閥設(shè)置在空調(diào)管路上，在對(duì)制冷劑的流向進(jìn)行控制時(shí)，可以在電磁閥的調(diào)控下實(shí)現(xiàn)控制。在冷媒流向的切換過(guò)程中，可以在多個(gè)電磁組合下完成，從而起到膨脹冷媒的效果。

方案二：制冷劑的流向進(jìn)行改變過(guò)程中，可以使用電動(dòng)壓縮機(jī)，調(diào)控四通換向閥進(jìn)行改變。在對(duì)制冷劑的雙向流動(dòng)進(jìn)行改變過(guò)程中，則可以通過(guò)電子膨脹閥完成。為保證加熱效果更好，需要使用垂直“V”形翅片平行流換熱器實(shí)現(xiàn)輔助加熱。

方案確定：方案二在實(shí)際應(yīng)用中，由于其核心是四通換向閥和電子膨脹閥，系統(tǒng)不復(fù)雜，零部件較少，在價(jià)格方面較方案一有優(yōu)勢(shì)，因此在熱泵空調(diào)系統(tǒng)中方案二是一個(gè)主要的發(fā)展趨勢(shì)。

同時(shí)，在控制策略和控制方法方面，可以根據(jù)不同地區(qū)使用汽車空調(diào)的情況，來(lái)對(duì)不同地區(qū)空調(diào)的控制模式進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)不同的地域需求，同時(shí)更好的節(jié)約能源。如針對(duì)夏季溫度較高的城市，應(yīng)當(dāng)盡可能提高電動(dòng)空調(diào)的制冷效率，盡量減小車室內(nèi)外的溫度差來(lái)減小需求的制冷量，另外可以考慮使用傳熱系數(shù)較小的車身表層材料，以減小外部環(huán)境傳到車內(nèi)的熱量。

3.2.2 其他節(jié)能途徑

汽車車身的輕量化，提高驅(qū)動(dòng)電機(jī)的在各工況下的工作效率，制定高效的換擋控制策略，提高各個(gè)系統(tǒng)間的協(xié)同工作效率等都是有效地節(jié)能途徑，但相關(guān)技術(shù)短時(shí)間內(nèi)難以取得關(guān)鍵性突破，如對(duì)電動(dòng)城市客車，尋找高效的電動(dòng)空調(diào)控制策略是當(dāng)下節(jié)能途徑的重要方面。在目前動(dòng)力電池技術(shù)等相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)難以取得突破的情況下，降低電動(dòng)空調(diào)等電輔件的能耗是電動(dòng)汽車節(jié)能的有效途徑。

4 結(jié)語(yǔ)

新時(shí)期我國(guó)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展期間，環(huán)境污染問(wèn)題、能源消耗問(wèn)題等都成為影響我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，這也使得新能源電動(dòng)汽車的研究部分不斷加快，并且在節(jié)能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中電動(dòng)空調(diào)的節(jié)能是重要組成部分，所以在未來(lái)需要加大研究力度，選擇合適的方案，不斷提升節(jié)能效果。

基金項(xiàng)目：貴州省教育廳青年科技人才成長(zhǎng)項(xiàng)目（黔教合KY字[2017]230）。

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