第三节　电动汽车与燃油汽车的热效率与能耗差异

以国内某汽车厂生产的一款燃油汽车与该厂生产的电动汽车为例进行对比分析，该电动汽车是在同款燃油汽车的基础上进行改进生产制造的，两车的相关基本参数见表1-5。从表中可以看出，电动汽车的整备质量比燃油汽车大了160kg，主要是由于电动汽车与燃油汽车只是在动力系统方面的不同（其他基本没有变化），电动汽车的动力系统主要由电动机、控制器和电池构成，而燃油汽车则由传统的发动机构成。

一、燃油汽车百公里能耗、热效率分析

1.燃油汽车百公里能耗

燃油汽车百公里能耗是通过乘用车模拟城市循环工况燃料消耗量台架试验（图1-14），并按照标准GB/T 12545.2—2008测得。试验规定十五工况循环试验，其中有怠速、加速、等速等，全循环累计时间195s，并采用重量法确定百公里燃料消耗量C。

式中，Sg为标准温度20℃（293K）下的燃料密度，kg/dm3；D为试验期间的实际行驶距离，km；M为燃料消耗量测量值，kg。经试验测得该车城市工况百公里油耗8.0L。取汽油的密度0.725kg/L，汽油热值43124kJ/kg，可得8.0L汽油所含热量为250119kJ。

2.燃油汽车热效率计算

在计算该车热效率时，采用作用在驱动车轮上的力Fq乘以在该力作用下驱动轮所行驶的距离S。由汽车行驶的总阻力

∑F=Ff+Fw+Fi+Fj

式中，Ff为滚动阻力；Fw为空气阻力；Fi为坡度阻力；Fj为加速阻力。汽车行驶方程式

式中，Ft为汽车驱动力；G为整车质量；f为滚动阻力；α为道路坡度角；CD为空气阻力系数；A为车辆横截迎风面积；uα为行车速度；δ为汽车旋转质量换算系数；m为汽车总质量；为汽车行驶加速度。在试验中道路坡度角为0，即坡度阻力为0，计算过程中不予考虑。取滚动阻力系数0.02，由于空气阻力较小，未予考虑。

根据GB/T 12545.2—2008的试验要求，计算十五工况循环中每个工况汽车所做有用功。在计算过程中，离合器脱开的情况下，汽车并没有将燃料燃烧产生的热能转化成驱动汽车前进的机械能，所以对这部分热能不计算在汽车有用功之内。计算工况2、3、4、6、7、8、10、11、12、13、14下汽车所做有用功为450.076kJ，其百公里所做有用功为45007.6kJ。汽车热效率为18%。

二、电动汽车百公里能耗、热效率分析

相关信息显示，在2009年我国6000kW以上级发电企业每生产1kW·h的电能需要消耗340g的标准煤，另外国标GB/T 2589—2008中已经写明每燃烧1kg标准煤所能释放的热量值为29271kJ，而从2008年6月1日开始使用的《综合能耗计算通则》来看，电力当量值是3600kJ/kW·h。由以上火力发电的国家标准计算出，我国电力企业利用标准煤的平均发电效率为

将我国火力发电效率取为36%。发电厂内机组的运转和控制设备的工作都要消耗一定的电能，此电能直接来自厂内发电，称为厂用电，通常的厂用电率为5%～10%，而像拥有300MW机组的发电厂则达到5%，这里取用5%。

发电厂生产的电能首先要经过变压器转化成高压交流电后，才能通过高压电缆传送到企业、工厂和普通家庭中，虽然高压输送可以有效地减少能量损失，但仍然有电缆和变压器的电阻能量损耗。2009年，全国电网输电线路损失率为8%。目前，国内的充电动机效率一般在94%。纯电动汽车采用的磷酸铁锂动力电池组，电池由于受到内阻的影响，其放电效率不能达到100%，此外电池的放电效率还受到放电电流大小因素的影响。因此取电池的放电效率为91%。电动机、传动系统效率为85%。纯电动汽车效率为22%。

通过乘用车模拟城市循环工况燃料消耗量台架试验测得，该电动汽车在城市工况下的百千米耗电量为16kW·h。目前，我国电力供应主要有火电、水电、核电、风电。源自国家发展改革委员会的数据表明，我国在2010年的发电总量达到了4.1413×1012kW·h，具体包括：煤炭火力发电3.3253×1012kW·h，江河水力发电6.622×1011kW·h，原子核能发电7.34×1010kW·h，风力发电4.30×1010kW·h，由此可计算目前中国火电厂发电量占全国发电量的比例为80%。所以在电动汽车城市工况耗电量16kW·h的情况下，火电厂的发电量应为

16×80%÷94%÷92%÷95%=15.6（kW·h）

所需供电标煤为：15.6×0.34=5.3（kg）

即热量为：5.3×29271=155136（kJ）

通过对比，该电动汽车在百公里能耗、综合效率、比能耗方面均优于燃油汽车，在百公里能耗方面燃油汽车要高出近38%，这是由于燃油汽车在怠速、低速等工况下，会造成发动机空转或者处在低效率区。比能耗是单位汽车质量行驶单位距离汽车的耗能，可对不同质量的两车进行能耗比较，从数据比较来看，电动汽车在比能耗方面优势明显，见表1-6。