電動汽車節能減排效應與節能途徑探究

羅永

摘 要：隨著全球環境的惡化和能源矛盾的不斷突出，傳統的燃油汽車將逐步被新能源汽車所替代，如新能源電動汽車的出現，為改善環境問題，緩解能源矛盾提供了切實可行的方案，本文從電動汽車發展現狀出發，對電動汽車節能減排效應進行了分析，提出了一些新能源電動汽車的節能途徑，重點對電動汽車電動空調的節能方案進行了探究分析。

關鍵詞：電動汽車 節能減排 發展路徑 電動空調

新能源電動汽車是當下汽車工業發展的主流方向，實現新能源電動汽車節能減排的良好效益具有重要意義。在動力電池與驅動電機等關鍵技術難以取得重大突破的情況下，如何從電動汽車電動輔件著手，在保證汽車安全性和舒適性的前提下，尋找高效的電動汽車電動輔件節能控制方法和控制策略，是當前電動汽車節能的有效途徑。

1 我國新能源電動汽車的發展現狀

我國每年在市場上投放的新能源汽車數量巨大，但是投放具有地域性特征。東南沿海或者中部地區是新能源汽車投放的主要區域，經濟越發達的地區，這種表現越明顯，反觀在一些經濟欠發達的地區，新能源汽車的推廣與投放依然有很長的一段路要走。

由于政府在政策、投資等方面對新能源汽車的扶持力度較大，近年來新能源汽車尤其是純電動汽車的市場規模在不斷擴大。我國新能源汽車的發展依然處于初級階段，通過新能源汽車來帶動經濟的發展依然后勁不足，同時與傳統的汽車行業相比，無論在市場規模還是在保有量方面，新能源汽車尤其是電動汽車具有很大的空間。

在新能源汽車的推廣和普及過程中，城市公交車和出租車成為了新能源汽車的首選試點對象，且城市公交車和出租車數量龐大，提高電動汽車的節能水平，將對城市發展帶來顯著影響。我國新能源汽車的發展目前仍處于初級階段，在發展過程中面臨諸多困難和挑戰。當下的新能源汽車發展路徑具體表現為：政府機構設計的新能源汽車技術路徑，新能源電動汽車制造商設計的技術路徑。

2 新能源電動汽車節能減排效應分析

2.1 能耗測算法

傳統的燃油汽車由于使用的能源單一，在測算時比較簡單與容易，但是新能源電動汽車消耗的是電能，需要對我國發電綜合率、電網輸電效率等進行結合計算，這樣才能得到新能源電動汽車的電耗。如果是純電動汽車，在對電耗進行計算時需要綜合考慮發電結構與運輸等各個條件;如果是混合動力及燃油汽車的能耗，電力驅動一般在汽車處于低速行駛時才得以實現，而且混合動力的汽車電能消耗太少可以忽略不計。

2.2 車用燃料生命周期

新能源電動汽車節能減排的效應，可以在車用燃料生命周期的應用下，對熱量消耗進行統一化的判斷，然后對電動汽車節能相應進行反應。車用燃料的上游與下游兩個階段是車用燃料生命周期中的主要組成部分，上游與下游兩個部分主要包括開采、運輸與燃料的使用等。

2.3 碳排放測算方法

不同的汽車在動力的使用上也有所不同，因此需要對純電動車與混合動力汽車等碳排放模型的建立上也要有所不同。電能是純電動汽車的能量來源，在車用燃料生命周期法的應用下，可以對發電能源結構進行分析，并對二氧化碳的排放量進行計算與確定。

2.4 測算結果分析

相比于2012年，在2020年我國發電能源結構主要能源的所占比例發生較大變化。煤電從2012年的73.9%下降到2020年的59.5%;氣電從2012年的2.4%上升到2020年的4.0%;水電從2012年的17.3%上升到2020年的19.6%;核電從2012年的2.0%上升到2020年的3.0%;風電從2012年的2.0%上升到2020年的9.9%;光伏從2012年的0.3%下降到2020年的2.5%。

純電動汽車與燃油汽車的能耗對比。通過對能源守恒原理的應用，在計算后得到電動機驅動的電動汽車、內燃機啟動的油電混動及燃油汽車的能耗進行了測算，并得到了相關的結論。發動機的燃油效率從2012年到2020年是逐步提升的，且趨向于25%;一般電動汽車電動機的轉化效率、電池的充放電效率分別為90%與91%;同時在2020年我國原油開采提煉效率與汽油運輸效率分別達到98%與99%。對于碳排放的對比來看，煤、天然氣與汽油的標準煤排放因子分別為2.81kg/kgce、1.80kg/kgce、2.03kg/kgce。

3 新能源電動汽車的節能途徑探究

電動汽車主要由動力電池組、電機驅動系統和電動輔件等組成，在汽車行駛過程中，為了滿足汽車動力性需求，電機驅動系統消耗的能量占了總能量的三分之二以上，但是電動輔件消耗的能量也占了很大比重。如何提高電動驅動系統工作效率、降低電動輔件的能耗水平，成為了提高電動汽車節能水平的主要途徑。現就電動汽車的發展路徑和節能途徑進行探究分析。

3.1 加強政策支持

新能源電動汽車的發展必須得到政府的大力支持，這樣才能有效推動新能源電動汽車行業的健康發展[1]，才能真正發揮電動汽車在節能減排方面的優勢。第一，明確各領域的車輛電動化進程時間表。對于可以實現全面電動化的城市公共交通領域，全面實現電動化，比如公交車、出租車等。與政府部門關系比起的職能部門或者公共部門也要逐漸實現電動化，比如政府公車、環衛部門等。在道路客運等領域推廣電動汽車。第二，引導提高產品供給質量。首先需要制定高標準，保證產品的使用壽命與安全性，其次要優化制度管理辦法，為企業的創新提供保障，最后就是要加強氫燃料電池汽車技術的研究，為新能源汽車行業的發展提供保障[2]。第三，進一步優化財稅支持體系。政府要加大對新能源汽車的財政支持，保證行業的健康發展，同時也要在公共領域推廣新能源汽車，為產品的銷售保駕護航。通過購置補貼、稅收減免、公共服務領域車輛運營補貼等各項政策，有序保證新能源汽車行業的可持續發展。第四，完善充電基礎設施政策體系。如果新能源電動汽車得到發展，并且大量投入到市場上，但是沒有配備相關的充電基礎設施，或者基礎設施的標準不達標，這樣也會阻礙行業的發展。因此需要優化充電基礎設施的審批流程，保證建設的有效進行，完善場站建設配套標準，實現建設的標準化，保證充電基礎設施在使用期間的安全性與可靠性[3]。

3.2 電動汽車的節能途徑

3.2.1 電動空調的節能途徑

（1）相比于傳統的汽車電動汽車在系統結構上的差異較大，且不同的電動汽車有不同的特征。純電動汽車沒有發動機作為空調壓縮機的動力源，同時也無法實現取暖與除霜的作用。燃料電池發動機具有穩定的余熱，雖然沒有發動機，但是依然可以實現良好的工作狀態。電加熱器PTC是當下采用的最為普遍的純電動車采暖方式，但是該方法在實際應用中，由于能耗較高與系統效率較低，無法達到節能的效果[4][5]。

不管是對于純電動乘用車還是純電動客車，電動空調的使用都會對整車的能耗和經濟性產生明顯影響，如何降低電動空調等輔件的能耗也是電動汽車重要的節能途徑。若對于純電動客車，由于其具有乘員和行駛環境變化大的特點，因此根據電動客車的具體行駛環境可以動態控制空調的工作狀態，如人少的時候可以適當提高車內溫度以減小需求制冷量，從而降低能耗。

目前廣泛采用的熱泵空調技術，在電動汽車空調系統中發揮著重要作用，且能起到良好的節能效果。第一，熱泵系統制冷。在壓縮機內，低溫低壓的氣態制冷劑可以被壓縮為高溫高壓氣體，在外部換熱器中可以留制冷劑，放熱過程是從內到外依次進行的。第二，熱泵系統采暖。在壓縮機內低溫低壓的氣態制冷劑被壓縮為高溫高壓狀態，在內部換熱器中流入制冷劑，這時就可以向車內放熱。在某汽車上熱泵系統經過測試，發現在0℃、-10℃、-18℃時，行駛里程分別增加25%、21%、14%。通過數據發現，熱泵系統具有良好的應用效果。

（2）具體方案。方案一：電動空調壓縮機與HVAC總成等是組成系統的主要部件，電動壓縮機在電動空調基礎上的應用，在HVAC總成內部增加車內冷凝器和輔助加熱PTC，將多個電磁閥設置在空調管路上，在對制冷劑的流向進行控制時，可以在電磁閥的調控下實現控制。在冷媒流向的切換過程中，可以在多個電磁組合下完成，從而起到膨脹冷媒的效果。

方案二：制冷劑的流向進行改變過程中，可以使用電動壓縮機，調控四通換向閥進行改變。在對制冷劑的雙向流動進行改變過程中，則可以通過電子膨脹閥完成。為保證加熱效果更好，需要使用垂直“V”形翅片平行流換熱器實現輔助加熱。

方案確定：方案二在實際應用中，由于其核心是四通換向閥和電子膨脹閥，系統不復雜，零部件較少，在價格方面較方案一有優勢，因此在熱泵空調系統中方案二是一個主要的發展趨勢。

同時，在控制策略和控制方法方面，可以根據不同地區使用汽車空調的情況，來對不同地區空調的控制模式進行優化，以適應不同的地域需求，同時更好的節約能源。如針對夏季溫度較高的城市，應當盡可能提高電動空調的制冷效率，盡量減小車室內外的溫度差來減小需求的制冷量，另外可以考慮使用傳熱系數較小的車身表層材料，以減小外部環境傳到車內的熱量。

3.2.2 其他節能途徑

汽車車身的輕量化，提高驅動電機的在各工況下的工作效率，制定高效的換擋控制策略，提高各個系統間的協同工作效率等都是有效地節能途徑，但相關技術短時間內難以取得關鍵性突破，如對電動城市客車，尋找高效的電動空調控制策略是當下節能途徑的重要方面。在目前動力電池技術等相關關鍵技術難以取得突破的情況下，降低電動空調等電輔件的能耗是電動汽車節能的有效途徑。

4 結語

新時期我國在社會經濟的快速發展期間，環境污染問題、能源消耗問題等都成為影響我國可持續發展的關鍵因素，這也使得新能源電動汽車的研究部分不斷加快，并且在節能目標實現過程中電動空調的節能是重要組成部分，所以在未來需要加大研究力度，選擇合適的方案，不斷提升節能效果。

基金項目：貴州省教育廳青年科技人才成長項目（黔教合KY字[2017]230）。

參考文獻：

[1]張卓石，杜昊倫.我國新能源電動汽車節能減排效應及發展路徑研究[J]. 工程技術（全文版），2016（11）：215-215.

[2]王釗.家用新能源電動汽車節能減排效應及發展路徑分析[J]. 汽車世界， 2019（8）：164-164.

[3]陳軼嵩，馬金秋，丁振森，等.純電動汽車動力系統全生命周期節能減排績效評價研究[J]. 機械與電子，2018，36（11）：20-23.

[4]高銀橋.家用新能源電動汽車節能減排效應及發展路徑分析[J]. 內燃機與配件， 2019（11）：190-191.

[5]劉江鵬.我國新能源電動汽車節能減排效應及發展路徑研究[D].北京理工大學，2015.