电动汽车：谁用掉了电池电量

　　北京理工大学机械与车辆工程学院 王震坡 孙逢春

　　由于能源和环保的压力，电动汽车的发展成为汽车工业发展的必然。在现有技术水平下，电池能量存储密度还不能达到燃油的水平，电动汽车续驶里程短成为电动汽车发展的瓶颈。为了在现有的技术水平下提高电动汽车的续驶里程降低能量消耗率显得至关重要。

　　电动汽车能耗分配和电阻耗能

　　电动汽车作为一个能量系统包括：能量存储系统、主驱动系统、辅助电器系统。能量存储系统除各种电池组以外，还可能包括超级电容等储能设备。主驱动系统是主要能耗系统也是电动汽车行驶的动力传递途径。辅助电器系统主要包括：转向助力油泵、气泵、灯光等低压电器。

　　相关资料文献表明，传动过程中的机械效率、电传动中电器部件效率均在90%以上，单纯提高单个部件性能对整体能耗影响不大。只有依靠系统的有效合理匹配，提高总体效率，才能降低车辆的能量消耗率。

　　在(图1)显示的能量损耗分配中，电池组的内阻是能量损耗的一个重要原因。一般单体电池的内阻在几毫欧到几十毫欧，导线电阻率在(0.02—0.03Ω·m)，考虑到电池和导线之间的接触电阻，整个电池组的内阻可能达到1Ω。在实际测试中，电动汽车常用的电流为60—90A，而消耗在电池组内阻上的功率通常达到3.6—3.8kW，几乎占到整车能耗的4%，占量损耗的25%。

　　因此，降低电池组的内阻将大大降低电动汽车的能量损耗。在这方面，首先要选择内阻小、一致性好的高质量电池。其次，采用大截面导线，加强电池与导线的连接紧密程度也可以减小电池组内阻。

　　此外，电动汽车的能耗也与环境因素有着密切的关系。其中最主要的影响来自环境温度。

　　首先，各种电池都有最佳工作温度，且在不同温度时电池组放出的能量及内阻等都有很大差别。以锂离子电池为例，经过长时间的试验发现，在冬季(-10℃)其可放出能量仅为夏季(30℃)的2/3，电池内阻增加了近1倍。

　　其次，温度对车辆各润滑部分、气泵、转向油泵的工作效率等都有影响。所以电动汽车的能耗受使用温度的影响很大。

　　电动汽车在不同环境温度下运行时，消耗的能量差别很大(温度低时能耗大)。能耗随时间的变化规律如图所示，柱状图的“实线”表示不同时间段的能耗;“虚线”为相应时间段温度的变化。

　　很明显，在12:00—16：00的时间段，温度相对较高，能耗率则明显低于其它时间段。

　　在不同路段工况情况下电动汽车的能耗率变化比较大。从下图以BJD6100EV型电动公交车为样本的测试情况可以看出，市区行驶能耗明显高于环线路行驶能耗。在市郊道路上，车流量和人流量小，车辆经常行驶在经济车速之上，环线路平均车速在30—40公里/小时区间，接近测试车辆经济车速，因此能耗较低。但在环线路上公交车站密度比市郊车站密度大，客流量大，因此在环线路行驶能耗略大于在市郊。

　　在其他参数不变的情况下，不同的车速需要不同的驱动功率，因此不同车速车辆能耗也不同。以试验用BJD6100EV型电动公交车为例，在电动客车空载情况下，从不同车速的能耗测试和仿真计算情况可以看出40公里/小时是此车的经济车速。

　　使用工况是车辆行驶速度的重要影响因素，特别对平均车速有很大影响。统计表明，道路出行时间随道路承载量的增加而增加。当路段承载量达到通行能力40%时，路段通行时间迅速增加。当路段承载量接近该路段饱和容量时，通行时间接近最大值。因此，在车辆设计中，应考虑电动汽车的实际使用工况，尽量使电动汽车的设计经济车速在常用车速范围内。

　　降低能量消耗率的措施

　　通过上述分析，对电动汽车能量消耗率影响因素有了全面的了解和认识。为降低能量消耗率建议采用以下方面的措施：

　　有效利用电动汽车可以实现再生制动的特性降低制动能量损耗;

　　加强各个机械总成、部件的润滑，减小机械摩擦从而提高传动效率;

　　加强电动汽车整个系统的匹配和协调，尤其是电传动系统和电控部件、电传动和机械传动结合部分的匹配，以提高整体传动效率;

　　在车辆的设计中，采用轻量化设计理念，达到降低能耗的目的;

　　尽量减小电池组的内阻。

　(原载《北京理工大学学报》2004年4月24卷，有删节)