1、第二章 汽车的燃油经济性,第一节 汽车燃油经济性的评价指标,ECE: Economic Commission of Europe 欧洲经济委员会. EPA: Environmental Protection Agency 美国环境保护局. CAFE: Corporate Average Fuel Economy 公司全部销售轿车的平均燃油经济性 PNGV: Partnership for New Generation of Vehicle (美)新一代汽车联合体,第二节 汽车燃油经济性的计算,第五节 电动汽车的研究,石油是不可再生的能源，目前已探明的石油储量，如果按照现在的开采速度，仅够世界使
2、用5060年。自2003年以来油价不断攀升，世界进入一个高油价时期，石油供应与需求之间的矛盾日益尖锐，能源供应安全成为许多产业大国面临的重大问题，为此，各国政府和汽车公司纷纷开展了新型高效率节能汽车的研究与开发工作，美国联邦政府在1993年就曾提出了“新一代汽车合作项目（partnership for a New Generation of Vehic1es，简称PNGV）”，其中的目标之一是开发一种燃油经济性三倍于现有车辆的中型轿车，达到80mi1eUSgal, 约为3L100km。,电动汽车集机、电、化多学科领域中的高新技术于一体，是汽车、电力、自动控制、化学、计算机、新能源和新材料等工程
3、技术中最新成果的集成产物。从环保的角度来看，电动汽车是低排放的城市交通工具，即使计入基础发电设备增加的排放，从总量上看，它也将使空气污染大大减少；从能源的角度来看，电动汽车将使能源利用多元化和高效化，达到能源可靠，均衡和无污染利用的目的。图2-19描述了电动汽车的发展趋势。,电动汽车包括纯电动汽车。混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。纯电动汽车利用电力驱动，在使用中可实现零排放，但是迄今为止，电动汽车的关键部件蓄电池在能量密度、使用寿命和价格方面都尚未达到应有的水平，目前还只适应于生活环境要求很高、行驶里程短的街区、园区内。 燃料电池电动汽车采用的燃料电池是一种将燃料的化学能用电化学方法直接转
4、换成电能的电化学发电器。它的效率是内燃机的23倍，无污染，无噪声，排出的不是温室气体CO2而是水。现存的问题是价格贵，体积质量较大，可靠性，环境适应性不高，燃料电池电动汽车是新型的高效节能汽车的发展方向之一。 在目前情况下，以内燃机和电动机为动力源的混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle，简称HEV）技术更具实用价值，是近期高效节能汽车发展的一主要方向。下面只对混合动力电动汽车作一些介绍。,一、混合动力电动汽车的特点,以石油产品为燃料的内燃机，由于其所具有的高能量密度而成为目前汽车上使用最普遍的动力源，然而汽（柴）油车的排气破坏了人类赖以生存的大气环境。 电动机与内燃
5、机相比，具有清洁，安静，效率高的特点，同时它的转速一转矩控制特性也比较灵活。电动机在低速时具有恒转矩的特性，高速时具有恒功率的特性，可以在转速一转矩特性曲线下区域内的任何一点工作。混合动力电动汽车将电力驱动与传统的内燃机驱动相结合，充分发挥了二者的优势。同时，它可以从根本上解决现在纯电动汽车动力性能差和续驶里程短的问题。,混合动力电动汽车与纯电动汽车相比，其主要优势是：,1）电池容量大为减少，进而可以降低整车重量，为提高动力性作出贡献。 2）由于采用辅助动力驱动，打破了纯电动汽车续驶里程的限制，其长途行驶能力可与传统汽车相媲美。 3）在混合动力电动汽车上采用高度实时和动态的优化控制策略，优化控
6、制的结果尽量使动力系统各部件工作在最佳状态和最高效率区域，大大限制了内燃机在恶劣工况下的高燃油消耗和大量的尾气排放，大大提高了混合动力汽车的燃油经济性。在排放限制严格的地区，还可关闭辅助动力，以纯电动方式工作，成为零排放汽车。,4）空调系统等附件由内燃机直接驱动，有充分的能源供应，保证了汽车的乘坐舒适性。 5）在控制策略的作用下，辅助动力可以向储能装置（一般为电池组）提供能量，从而保证混合动力电动汽车无需停车充电，因此可利用现有加油站，不需要进行专用充电设施的建设。 6）由于混合动力汽车的电池组在使用过程中是浅充浅放，所以可以延长电池的使用寿命。,混合动力电动汽车正在成为实用的先进动力汽车。
7、混合动力作为一种技术，在不远的将来将是燃料电池替换内燃机的重要过渡技术，对燃料电池混合动力汽车（FCHEV）的开发将会起到重要作用。 各大汽车公司竞相开发和推出自己的混合动力电动汽车产品，表明他们看好其产业化前景。,二、混合动力电动汽车的结构,由于混合动力电动汽车的组成部件、布置方式以及控制策略不同，形成了多种多样的结构形式。根据动力源的数量以及动力系统结构型式的不同，可以分为串联式、并联式以及混联式。 参看图2一20。,1串联式混合动力电动汽车,串联式是混合动力电动汽车中结构型式最简单的一种，发动机输出的机械能通过发电机转化为电能，转化后的电能一部分经由电动机和传动装置驱动车轮，另一部分则可
8、存储到蓄电池中去，供汽车加速时或在其他工况下使用。与传统的燃油车比较，它是一种发动机辅助型的电动汽车，主要是为了增加汽车的行驶里程。尽管其传动结构简单，但它需要三个驱动部件：发动机，发电机和电动机。如果串联式混合动力电动汽车设计时考虑大爬坡度和频繁急加速的情况，则为提供最大功率，对三个驱动部件的要求相应都较高。,2并联式混合动力电动汽车,并联式混合动力电动汽车采用发动机和电动机两套独立的驱动系统驱动车轮。发动机和电动机通常采用不同的离合器驱动车轮，可以采用发动机单独驱动，电力单独驱动以及发动机和电力混合驱动三种不同的工作模式。并联式是一种电力辅助型的燃油车，目的是为了降低排放和燃油消耗。当发动
9、机提供的功率大于驱动汽车所需的功率或者再生制动时，电动机工作在发电机状态，将多余的能量充人蓄电池。与串联式相比，并联式只需两个驱动部件：发动机和电动机，并且，在蓄电池放电完毕前，如果要得到相同的性能，并联式比串联式混合动力电动汽车对于发动机和电动机的功率要求都要低。,3混联式混合动力电动汽车,混联式混合动力电动汽车在结构上综合了串联式和并联式的特点。与串联式相比，它增加了机械动力的传递路线；与并联式相比，它增加了电能的传输路线。因此，它兼有串联式和并联式的优点。然而另一方面，这也造成其结构复杂，成本高的缺点。,三、混合动力电动汽车的节油原理,混合动力电动汽车与传统的内燃机汽车相比，其节油的主要
10、原因在于： 1）为了满足急加速，以很高车速行驶与快速上坡对驱动功率的要求，传统的内燃机汽车所配备的发动机功率往往相当大。例如，金牛座轿车在水平良好路面上以100kmh和120kmh匀速行驶时，要求发动机提供的功率大致是20kW和36kW，但其配备的发动机最大功率达114kW，这样大的功率储备主要是用于大加速度、高车速以及坡道等行驶工况。因此，在一般的情况下，发动机节气门开度小，负荷率低，发动机常常工作在一个不经济的区域内，相应的燃油消耗率高。然而，对于混合动力电动汽车，其储能元件（如蓄电池）的补偿作用平滑了内燃机的工况波动，在汽车的一般行驶中能够吸收、储存电能，而在需要提供大功率时提供电能，从而在混合动力驱动系统中可以使用小型的发动机，并可以使发动机的工作点处于高效率的最优工作区域内。,2)混合动力电动汽车可以在汽车停车等候或低速滑行等工况下关闭内燃机，节约燃油。 3）在混合动力电动汽车的电力驱动部分中，电动机能够作为发电机工作。当汽车减速滑行或紧急制动时，可以利用发电机回收部分制动能量，转化成电能存入蓄电池，从而进一步提高汽车的燃油经济性。,
