测试电动汽车的能源效率和练习场与齿轮的选择

考查电动汽车的能源效率和驾驶范围与

齿轮相关的选择

摘要

电动车很有潜力使用清洁、可再生能源。然而,一个主要的限制是相对较短的汽车驾驶距离。本文研究调查的是在EV-converted福特福克斯使用底盘测功机控制测试环境符合国际标准的条件下齿轮对能量消耗以及驾驶范围的影响。福特福克斯的两个设计用于测试;一个是自动齿轮传动,另一个是手动齿轮传动。这两种驾驶模式的电能消耗在不同的齿轮配置以及相同的驾驶周期能陪测量。结果表明需要更多关注电动车电池充电器的效率,特别是在待机能耗方面,可以显著提高电动汽车所消耗的总能量。

1介绍

国际能源署(IEA)指出,运输约占全球二氧化碳生产总额的25%的电动车(电动车)是一个可行的替代内燃机(ICE)车辆和有助于减少能源安全和供应风险,并降低碳排放和空气污染,能源运行提供电动汽车提供从当地可再生能源与电力系统和完备的[2 e10汽油)。健康问题和增加死亡率从车辆空气污染是由于接触到越来越多的废气排放和微粒(2、5)。作为一个例子,一个空气质量严和巴雷特[11]研究发现大约19000过早死亡在英国每年由于燃烧排放产生在英国和欧洲大陆。这个数字远远超过英国年度道路死亡人数(1901人死亡和23122年23122起严重事故[12])或从运输大约7500过早死亡[11]。新的和潜在的电动汽车等清洁运输技术,然而,还没有主流及其广泛的采用已经阻碍了若干问题,包括购买成本高、车辆行驶里程短,有限的充电/燃料补给站,耗时的充电电池,汽车安全、专业车辆的适用性,和电力基础设施不足的问题在许多地区[2、3、9、10、

动车辆用户的模式,通常是执行和测试校准底盘测功机上提供一个稳定、车辆停驶气候控制和环境。驱动循环使用预电动汽车的想法并不新鲜,他们第一次出现在19世纪中叶,当冰车辆需要手动起动开始[3]。然而,电动马达的发明了内燃机汽车,许多电动汽车从市场消失和冰成为占主导地位的车辆推进技术。1997年丰田普锐斯,第一个主流混合动力电动汽车(21),主要是为改善燃油经济性和开发更高效的城市驾驶[14]。丰田在二百万年达到累计销售二百万辆普锐斯,使其成为全球最畅销的混合动力汽车,并于2012年年底CNN称,当年大多数主要汽车制造商将有一个插件汽车可用出售[22]。趋势进一步大规模制造电动汽车已经成为政治上的当务之急,

与奥巴马总统一百万年电动汽车在美国的目标,到2015年,代表一个里程碑的减少对外国石油的依赖进口[23]。然而,有稀疏的再充填基础设施用于电动汽车和不能在相同的时间内液体或气体冰(10,14)。选择充电电动汽车目前仅限于房屋,一些工作场所和一些官方的充电站。因此,当务之急是优化电动汽车行驶里程,汽车是有效地设计和汽车驱动energyefficient地[24]。尽管如此,许多电动汽车爱好者没有等待的支持主要汽车制造或广泛使用充电基础设施[3]。例如,在澳大利亚,电动汽车组织成立于1973年[25]今天仍在运营,为社会提供论坛和技术交流支持当地的汽车转换行业,比如EVWorks Landsdale,珀斯,西澳大利亚州[26],或电动汽车在Balcatta转换,也在珀斯,西澳大利亚州[27]。这些公司提供标准的汽车到电动车的转换。图1显示了两个福特福克斯汽车测试中的一个在这项研究中,这两个被EV-Works标准工厂汽车转换成纯电动汽车[28]。两辆相同的主传动电机、控制器和电池(锂电池),唯一的区别是传动装置。

2。电动汽车测试和驱动周期测量电动汽车的性能和效率是一项复杂的任务在考虑变量环境因素的影响,如风速和风向、温度和升序和降序的斜坡。所有这些提供测试的挑战和可能显著影响车辆的能源消耗和练习场测试结果[4]。许多这样的问题可以克服利用底盘测功机,设备能够测量部队在汽车轮子或引擎。一些先进底盘测功器是计算机控制的,且能够在实际的路况模拟驾驶。

驱动循环测试是在1960年代末开发的统一排放测试与内燃机客车(29、30)。驱动循环代表共同驾驶机定义的速度和加速度资料,为一个特定的车辆测试,(通常是人)测试驱动的机动车辆必须遵循这个概要文件。维护所需的概要文件,电脑驾驶援助支持的司机指示车辆的加速和减速的速度,和车辆的操作条件下,产生一个有效的测试。满足这些操作条件是至关重要的速度加速,减速和车辆速度影响汽车尾气排放,能源消耗,等等,严重影响测试结果。图2显示了一个典型的计算机驱动援助用于这项研究和在工业车辆测试。

有几个国际标准用于内燃机车辆的底盘测功机驱动循环测试针对不同国家,和他们都表现出不同的驱动周期配置文件和属性。新欧洲行驶循环(NEDC)在2000年引入[31],包含欧盟城市驾驶循环(UDC或ECE-15)和额外的城市驾驶循环(EUDC),这是申请欧3标准和起排放测试。第一部分代表欧盟城市驾驶循环从欧洲经济委员会(ECE)780年代缓慢testfor郊区买下。第二部分是一个额外的400年代的高速公路行车速度模式在高速没有停止。相比之下,美国联邦城市车辆驾驶模式测试,也称为FTP 75(联邦测试程序)由美国开发的环境保护署,展品更“积极”城市/城市开车比ECE循环。第二部分(高速公路驾驶)代表行驶在高速公路上没

有停止和小减速。高动态变化75年FTP citycycle可能代表一个“现实世界”的驾驶场景比城市ECE循环的“奉承”形状的轮廓代表一致的和缓慢的驾驶环境。这些驱动周期标准也用于电动汽车测试[32]。从电动汽车测试的角度来看,驱动周期范围提供一个统一的测试过程和能源消费,和其他性能测试包括再生制动系统的评价(RBS)和防抱死制动系统(ABS)。本研究就着重那些坏家伙演示使用onlygearing配置效率和范围特征没有苏格兰皇家银行的好处,它可以根据车辆和驾驶环境相差很大,表现出强烈的依赖于优化和校准匹配负载。

2。电脑驱动援助人类测试驱动程序遵循一个预定义的驱动周期在测试轨道设施的使用。蓝线中心的跟踪驱动是需要速度的迹象。红线显示驱动程序允许速度偏差的最大值为一个有效的测试驱动,和十字丝的现在的速度。可以推断结果的不确定性的区别仪表板上的快速阅读(51公里/小时),和十字丝(w49 km / h)(解释引用的颜色在这个数字的传说中,读者被称为web版本的这篇文章。)。

尽管预定义的驱动周期为车辆提供一个稳定的测试程序比较,他们不会总是反映实际路况,车辆将如何执行在实践中。变量如小山,空气阻力、温度、路面、各种交通状况和驾驶模式都将影响性能、效率和能耗的车辆(24岁,33岁,34)。谢菲尔德大学进行的一项研究[35]研究电动汽车能源消耗和范围测试实验室底盘测功机和比较结果与等效道路测试,重复各种驾驶模式。电动汽车的范围(Smart Fortwo电力驱动)底盘测功机的测试是在105.66公里和114.68公里选择驾驶模式,展示不同的驱动周期如何影响的范围。在汽车道路试验表明一个更大的变化范围,之间的最大距离记录61.2公里和74.0公里[36]。进一步的调查测试驾驶电动车的实际道路上池的25种不同的司机发现较大的最大范围的变化[35]56公里至107公里。这项研究强调了显著差异在道路测试,司机的行为和产生的范围和能源消费的变化,强调了底盘的重要性测功机测试板凳标记结果。

3。材料和方法

两个福特福克斯电动汽车计算机控制的底盘测功机测试轨道公司设施Balcatta在珀斯,西澳大利亚州。车1有一个手动变速箱工厂而车2安装了自动变速箱工厂。车辆采用再生制动系统。表1提供了两个不同的电动汽车的概述及其配置进行测试。

图3显示了福特福克斯在底盘测功机上的能耗测试。定制的仪器系统是用来测量电流从/到,和电压,电池,和距离驱动实验。轨道的校准测试设备和仪器包括道路负载仿真能力。的测试设备满足要求的测试根据国际alstandards机动车辆。设备适应适合forEV测试通过安

装额外的设备如下所述。现有的底盘测功机仪器记录环境温度、车辆速度,在驱动循环测试和测功器力参数。底盘测功机的计算机包含预定程序的驱动周期符合联合国ECE法规R101标准的要求[32]。

3.1。汽车仪表

除了测功器仪表系统,专门设计的,数据采集系统构造和编程完成的安装和校准记录以下数据:日期和时间,车辆主要电池电压(V);主要电池充电电流(a);主要电池放电电流(þA);电动机控制器温度(C);刹车灯状态信息(开/关)和刹车踏板的脚压力(公斤)。系统的核心是一个国家仪器数据采集单元,结合硬件和图形用户界面,用于测量、显示和记录测试数据。一个开源的应用程序使用虚拟仪器软件提供的选项在项目过程中如果需要修改系统。数据采样率为500 Hz,平均的数据并存储在一个文本文件每一秒,这样测试NEDC产生一个文本文件,1180年平均数据点。除了定制的仪表安装的两个电动福特是配备了一个能量计从TBS电子BV[38]。计测量的主要电池电压(V),瞬时电流(A),累计安培小时(啊),和电池电荷状态(SOC)的百分比(%),通过多功能显示。TBS能量计需要为了提供信息以满足标准R101[32],即所有车辆充电电力测量墙上的插座。由于这种安排的还在设施,TBS能量计提供了这些数据。R101所需的特定的单位能源消耗标准Wh /公里,并近似Wh车辆能源消耗,主要的电池电压是记录在两个驱动周期,平均和乘以TBS能量计显示的记录啊。这种技术被认为是在一个可接受的精度是典型的电压cellor锂聚合物锂电池的放电曲线相对稳定的放电容量百分比约为80%。测试后,车辆需要充电和充电能量E测量如上所述。电力能源消费c(Wh表达/公里,四舍五入为最接近的整数),定义为c¼E / dt,dt的距离(公里)在测试期间[32]。电荷能量E是0.86除以一个假定的充电系统的效率。充电系统效率源自假定电池充电效率0.88(39),电池充电效率

[40],0.99和0.99的布线系统。那时总累积能量除以公里测量获得能源消耗在Wh /公里。所有的数据分析了使用电子表格和图形界面。电动福特福克斯使用45

lithium-ion-phosphate电池160啊,所以总共23千瓦小时,来自中国供应商温斯顿电池。这种电池的额定电压为3.2 V和近乎线性放电曲线下降到2.8 V在90%放电在室温时的最大推荐恒定放电率3 C(相当于480 a)。我们测量,图4所示,突出了电池电压波动水平在两个连续的更现实的放电驱动周期。电池电压成比例的下降负荷,特别是在加速阶段,当维护车辆

extra-urban周期的速度就越高。然而,在片刻之间驱动周期、电压水平恢复到接近初始电压。

3.2。R101标准和车辆测试程序

能源消耗和范围的测试程序进行了测试,可行联合国ECE法规R101标准(为电动汽车测

试过程的能源消耗和范围见附件7和附件9的标准,分别[32])。R101是联合国规定从2005年[41],允许类似的机动车排放/燃料能耗测量使用底盘测功机在理想化的道路条件下。R101等规定为统一的测试开发客车由冰,或混合电力驱动的火车。测量冰汽车二氧化碳排放和燃料消耗,以及电动能源消耗和电动混合动力和电动车是否范围。为电动汽车能耗测试,标准需要预先处理这些车辆和电池测试提供统一测试条件之前所有类型的车辆和电池(图5)。主要电池的关键需求包括操作至少7天,经历了驾驶的至少300公里,和完全放电,然后完全充电前性能测试。此外,车辆必须保持在一个温度在20到30摄氏度之间,与汽车轮胎充气压力由汽车制造商指定的。驱动周期都需要完成所有辅助设备如加热器和空调关掉。所需的测试驱动两个连续NEDC驱动周期的最大公差þ/ 2公里/小时的速度剖面和þ/ 1 s。测试范围,定义的R101标准,发生在车辆不能保持50公里/小时,或有一个指示汽车通知司机,车辆必须停止由于电池电量过低水平[32]。所需的汽车驱动连续NEDC驱动周期,直到电池放电(图。6)。在实验之前,然而,测试车辆的主要电池不能完全由于充放电时间限制其他正在进行的项目和测试驱动器在轨道的设施。因此,两个电动福特的预备调查电池调节仅限于一个完整的充电测试前一夜之间在一个专用的充电区域。测试过程中使用诸如先进车辆测试活动(AVTA)是这项研究的范围之外[42]。

4结果和讨论

4.1。实验1:福特福克斯人工能源消耗和测试范围

福特福克斯手动电动汽车(1)测试使用NEDC驱动周期根据R101标准,目的是测量能源消耗和最大汽车驾驶不同齿轮的选择范围。车辆能耗测试需要两个连续NEDC传动齿轮2和4中周期,在周期和周期驱动的高速公路的城市第二和第四齿轮,分别。完全充电后电池一夜之间,相同的模式的车辆又推动了齿轮3和4。车辆能耗结果手动记录的TBS能量计为每个单独的驱动周期。TBS电度表记录放电能力在两个连续NEDC第二和第四齿轮驱动周期。第一驱动周期的放电记录5.1啊城市驾驶循环的一部分,排放10.2啊公路驾驶循环的一部分。在第二个周期,TBS电度表记录放电能力略低4.7啊,10啊城市和高速公路开车,分别。这被认为是由于减少摩擦在驾驶火车,包括齿轮箱、轴承和轮胎之后第一个驱动周期的完成。TBS电度表记录略低放电率在所有第二驱动周期的所有福特福克斯手动电动汽车实验。例如,两个连续的放电NEDC循环在齿轮3和4周期是4.8啊城市驾驶循环的一部分,10.0啊后续高速公路驾驶循环的一部分。在第二周期低排放的4.7啊,9.9啊都记录了城市和高速公路开车,分别。两个连续驱动周期的能耗计算齿轮2和4免费损失195 Wh /公里(见表2)。然而,