电动车辆不同行驶模式对空调系统效能的影响

电动车辆不同行驶模式对空调系统效能的影响•发表于《美国机车工程学会》国际刊JongTaeLee美国环境工程研究协会SeokjooKwon汉阳大学YunsungLim美国环境工程研究协会MunSooChon忠州国立大学DaesikKim韩国江陵大学摘要J'」女:在如今世界各国都在努力降低空气污染的大环境下，电动车辆出现在我们视野中并得到了大力推广。电动车辆通过电池组提供的电力能源驱动。我们发现在电动车辆电力消耗过程中，空调系统的作用效果是一个很严重的问题。因此在此次的研究中，我们主要针对在行驶过程中不同模式的行驶模式空调系统的作用效果（供暖和制冷效果）。主要的模式有城镇行车模式、高速公路行驶模式、欧洲循环行车模式。研究结果显示电动车辆的电能效率与普通内燃机车的在高速公路相对城市街道中能源消耗趋势恰恰相反。在高速公路的驾驶模式中，电动车能效和行驶里程都要比城市街道驾驶模式中要小一点。出现这种情况是由于发动机的影响，在高速行驶过程中处于高速旋转的状态下，扭转力减小，而且在高速行驶模式中拥有一种连贯稳定的速度，这样就无法有效利用刹车能源回收系统。一般来说，空调系统占用了大约33%的耗能在驾驶过程中。第一部分：基本介绍由于温室气体的不断增加导致的全球变暖是一个世界性难题。大气中含量最多的温室气体是水蒸气、二氧化碳、甲烷、一氧化氮、臭氧.这些气体有很大一部分比例是由内燃机尾气排放所造成的。因此很多国家努力减少内燃机中的尾气排放。最终，他们制定了尾气排放标准，并用这些标准对这些造成污染的污染源加以限制。加利福尼亚气体能源集团制定了更加严苛的机车排放标准因为加州的机动车市场是全球最大的市场之一。欧洲排放标准现已在新加入欧盟的国家中颁布实施。欧洲的这一系列尾气排放标准被称作为欧5系列标准、欧6系列标准等等。在2013年十二月氮氧化物的排放已经减少56%(0.18—0.08KWh)。中国也在2000年颁布实施了他们首次针对机动车辆尾气污染设立的排放标准，相当于欧洲一系标准。中国国家环保局在2010年将标准提升到欧洲四系标准。电动车辆正是为了满足这类新的环境要求，催生的新型能源车辆。电车利用储存的电力能源带动电动机从而牵引机车。电力能源，如可再充电电池组是通过化学能转化为电能。所以它不需要消耗任何化石燃料来驱动车辆。丰田普利，第一批大规模生产的化学电池机车在2001面世。此后日产LEAF也将产品推向市场，到2012六月末销售量超过了32000辆，这也是世界上最畅销的高速公路可用的全电动机车。在此次的研究中，Suzuki.T和Ishii.K曾于1996年研究了电力机车中空调系统。他们的目标是提供舒适的内车厢空气环境，并尽量少的消耗电力能源。Martin.D和EI-Bourini.曾发表机车车厢空调系统的供暖与制冷效果实现与管理。为了让空调系统在更少电力消耗情况下表现得更好，他们采用了电力马达驱动排气系统(其中包括了一个多空压缩机)。Martin.D和EI-Bourin发明了一种新型的能在不同行驶模式中预测电力消耗的数学模型。他们意识到了电力机车应用范围很多时候会在天气较冷的环境下失效，这大多是电池组效能不佳的例子。本篇论文重在分析电车在不同行驶过程中空调作用效果。此外，不同行驶模式电车的行驶里程和能耗效率也会和内燃机车做比较研究。第二部分：实验计划

表一中显示出每一组实验的示意图，为了更好的评估电动机车的行驶里程和能效状况，首先电车的里程计必须超过300km。确定里程计后，电池的首先与充满，保证每组实验在相同的电力环境下，大致需要在室内20度一30度环境下充电12-36个小时。第二天，把里程计安装在么一个机车上后，实验正式开始。当车辆不能再按照其预设的行车模式继续行驶时，车辆行驶实验正式结束。在每一种车辆行驶驾驶过程中，每一部车都会有10分钟的练习车钥匙的使用。最后一步骤是一整个晚上12小时的充电，已测量在两小时内能充的电量为多少。IIY^AMOMETEH

CONTROLCABINETCHASSISDYNAMOMETER费"C(rnpirt4WDFigureLSchematicdiagramofEVexaminationsystem第三部分：实验操作IIY^AMOMETEH

CONTROLCABINET为了分析在电车行车过程中空调系统的作用效果，需要预先设定标准的驾车状态，而且要设定每部车都要将其空调系统载满功率供暖或者制冷的情况下这两种不同的驾驶环境中分别在每种不同的驾驶模式中执行。如：城镇行车模式、高速公路行驶模式、欧洲循环行车模式。城镇行车模式被作为美国的机动车辆的尾气排放标准。可行驶距离约为12km，持续时间约为1372s，平均速度为31.4km/h.高速行驶模式同样是在美国提出应用。行车距离为16.5km，持续时间为

765s，平均速度为77.7km/h。欧洲循环模式大约被欧洲应用实施的。行驶距离为11km，持续时间为1180s，平均速度为33.6km/h,速度上限为120km/h.TableLSpecificationofElectricVehicleTypeEVICOverallLength4,445niiu4,530mmOverallWithL540mm1,775111111OverallHeight1550m】iiL460niniMax.PowerSOkWl40hpMax,Torque2W)Nm17.0kg.mMax.Speedl40km/h240km/hBatteiyCapacity24(Lithium-ionBatteiyPack)—Hfiure2JThielespeeitprofilexofL'邸EHWFET,unitA'drivinghh.cs为了分析三种不同驾驶模式的影响，实验结果如图表3所示。城镇行驶模式行车里程大约比其他行车模式的行车里程高出12.6%。这是因为电动车的驱动系统是由电力马达驱动。在低速旋转的过程中，电力马达的扭转力会更大。一般，内燃机车在高速公路行车模式燃油消耗要比其他机车消耗掉更多的能源。这种特别的影响因素正是它与传统内燃机车的最大不同之处。Distancetraveledi]=-一EnergymeasuredWhere//:EnergycoiisinnplimielTicieiicy|kjnk\\lij更多的能源。这种特别的影响因素正是它与传统内燃机车的最大不同之处上图表示出电力机车的行驶能源消耗公式，城镇行驶模式的作用效率为6.53km/KWh，高速公路行驶模式的作用效率为5.67km/KWh。欧洲环岛行驶模式的作用效率为5.82km/KWh。最终在这种结果下，驾驶里程的影响很大程度来源于电能效率的降低。表四则显示出电力机车在满载荷的情况下驾车里程影响因素。首先，操作对行车里程就是一个很大的影响因素。城镇行驶模式里程减少约为16.7%(149.3—124.4km),高速公路行驶模式里程减少约为12.3%(132.1—115.86km);而对于另外一种模式却没有太大的影响。在电力机车的供暖过程中，加热器满载荷的情况下，城镇行驶模式参数在表5中显示。实验会在同样的状况下对比试验，除非在加热设备操作过程中或者数据的结果显示加热器已超过负荷极限才会终止实验。驾驶历程减少几乎达到了49.8%。其中很有趣的是，加热器或者制冷器的负荷减少仅仅是16.7%如图表4所示。但是城镇行驶模式的头部载荷降低了49.8%(149.3—74.94km)温度和空调负荷在驾驶里程降低中起决定性作用，然而空调载荷却比以前降低三倍之多。很明显电力能源消耗和空调是否满载和没有太大的关系。一EM-5>UJ,B®Ecm[r5.£是0ErtaricEnmGyCMBUmH□己k_WMJ3-2-X一EM-5>UJ,B®Ecm[r5.£是0ErtaricEnmGyCMBUmH□己k_WMJ3-2-X<1t5Figure4.EV^sdrivingcharactensticFigure4.EV^sdrivingcharactensticatul(tif-coiulitionalJut!toadchatactensticrnleclncEnergyo口nsumHQn一ksM40g3o252015ws颂侦颁濒2OD倾10050-E*-lfl>LDo常希#罢amqUDDSUDDSA/ConHWFETHWFETNCon从表六可以看出电力机车和内燃机车的区别。正如前面提到的，很明显电力机车的驾驶模式对驾驶里程的影响是完全不同的两种结果。在高速公路的驾驶模式中，电动车能效和行驶里程都要比城市街道驾驶模式中要小一点。出现这种情况是由于发动机的影响，在高速行驶过程中处于高速旋转的状态下，扭转力减小，而且在高速行驶模式中拥有一种连贯稳定的速度，这样就无法有效利用刹车能源回收系统。城镇行驶模式里程减少约为16.7%(149.3—124.4km)，高速公

路行驶模式里程减少约为12.3%(132.1—115.86km);加热器或者制冷器的负荷减少仅仅是16.7%如图表4所示。但是城镇行驶模式的头部载荷降低了14.5%。500050005032211-UDOcfl>山-o0J5仁<0女6匚>一』口UDDSUDDSA/ConHWFETHWFETA7ConFuelEfficiencyElectricVehicleDriivingRangeInternalCombustion500050005032211-UDOcfl>山-o0J5仁<0女6匚>一』口UDDSUDDSA/ConHWFETHWFETA7ConFuelEfficiencyElectricVehicleDriivingRangeInternalCombustionVehicleFce-EHo:n)ncyof-cn>ng-ne【kmn一0505050433221150第三部分：实验结果与讨论在此次研究过程中，不同驾驶模式的实验调查以探寻电车的驾驶影响因素。空调系统和满载荷试验加在后面是为了帮助我们探寻它们如何影响驾驶环境的。1、城镇驾驶模式的驾驶里程大约是比高速公路模式和欧洲环岛驾驶模式高出12.6%，因为电车的扭转力会在低速时候变得更大，所以电车会在城镇行驶过程中更适合。2、研究发现电车的空调系统会对其驾车里程的降低起很大作用。城镇行驶模式里程减少约为16.7%(149.3—124.4km)，高速公路行驶模式里程减少约为12.3%(132.1—115.86km);而对于另外一种模式却没有太大的影响3、城镇行驶模式的头部载荷降低了49.8%(149.3—74.94km).温度和空调负荷在驾驶里程降低中起决定性作用，然而空调载荷却比以前降低三倍之多。很明显电力能源消耗和空调是否满载和没有太大的关系。4、整个实验过程中，电力能源损耗在模式改变的情况下并没有太大的影响。尽管在空调系统全载荷情况和加热器系统全载荷两种情况能量损耗模式相似。5、在内燃机车的试验中，我们发现高速公路行驶模式能源消耗比城镇模式要更大。电车在高速公路行驶模式中相对于城镇行驶模式来说，驾驶里程减小。当开启空调系统后，内燃机车的燃油平均减少率，要比普通电力机车减少的幅度更大。参考文献LNikanjam,^DevelopmentoftheFirstCARBCertifiedCaliforniaAlternativeDieselFuel."SAETechnicalPaper93072&1993,doi:104271均抽72&2."Regulation(EC)No715/2007oftheEuropeanParliamentandoftheCouncilof20June2007ontypeapprovalofmotorvehicleswithrespecttoemissionsfromlightpassengerandcommercialvehicles(Eum5andEuro6)andonaccesstovehiclerepairandmaintenanceinformatiotiJ\Eur-屁工Rctiicvcd2011-02-02.3*"China:BeijinglaunchesEuro4standards”AutomotivcworIdmni.200S-01-04,Retrieved2011-02-02.NissanUSA(20]2-07-02),^NissanLEAFBacksJntotheFuture”(Pressrelease),Retrieved2012-07-04.Suzuki,andIshii,K..,11AirConditioningSystemforElectricVehicle,11'SAETechnicalPaper9606B8.1996,doi:ia4271/9606X&Martin,D_andEl-Bouini,R”“EngineCompartincntAirManagementforEngineCoolingandAirConditioningSystemPerformance^SAETechnicalPape