白寧山,侯鎖軍,趙向陽,閆君杰
(河南工學(xué)院 汽車工程系,河南 新鄉(xiāng) 453003)
伴隨全球經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展的逐步深入及社會大眾生活水平的日益改善,近年來全球各國越來越倡導(dǎo)對生態(tài)環(huán)境的保護(hù),而汽車排放便屬于造成環(huán)境污染的一項(xiàng)重要因素。為了切實(shí)縮減汽車排放,研究人員展開了大量的研究,諸如采用無鉛汽油、推廣電噴發(fā)動機(jī)縮減能耗提升燃燒有效率、應(yīng)用三元催化裝置等等,然而均無法實(shí)現(xiàn)零排放。現(xiàn)階段,唯一可實(shí)現(xiàn)零排放的方法即為推廣純電動汽車。在此背景下,近年來一些發(fā)達(dá)國家紛紛對純電動汽車展開大力研究,并收獲十分可觀的研究成果。我國對環(huán)境保護(hù)同樣十分重要,并針對純電動汽車研究事業(yè)投入了大量的人力、物力。由此可見,對燃油汽車改純電動汽車開展研究,有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
(1)燃油汽車與電動汽車結(jié)構(gòu)對比。燃油汽車指的是依托石油產(chǎn)品用以能源,經(jīng)由在內(nèi)燃機(jī)中燃燒釋放出能量以獲取動力,并通過變速器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動控制的車輛。電動汽車指的是依托車載電源所提供的動力,借助電機(jī)驅(qū)動車輪行駛,滿足道路交通、安全法規(guī)一系列要求的車輛。相較于燃油汽車,電動汽車是以蓄電池作為能源,通過電動機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動并結(jié)合調(diào)速器開展速度調(diào)節(jié)。燃油汽車與電動汽車在結(jié)構(gòu)上最大的不同在于動力系統(tǒng)和能源供應(yīng)系統(tǒng)。燃油汽車改純電動汽車最主要的改動是用相應(yīng)的蓄電池、電動機(jī)、調(diào)速器等相關(guān)設(shè)備對燃油汽車原本的發(fā)動機(jī)、離合器總成、三元催化裝置、油箱等進(jìn)行取代。值得一提的是,電動汽車是無需排氣管的。
(2)燃油汽車與電動汽車使用成本對比。對燃油汽車與電動汽車使用成本進(jìn)行對比,燃油汽車相關(guān)成本數(shù)據(jù)——百公里成本=百公里耗油量×百公里成本=10L×6.5元/L=65元;電動汽車相關(guān)成本數(shù)據(jù)——百公里成本=百公里耗電量×百公里成本=25kWh×0.6元/L=15元。另外,將燃油汽車改裝成電動汽車還可顯著縮減CO2排放量。由此表明,電動汽車不論在經(jīng)濟(jì)效益還是在社會效益上都顯著優(yōu)于燃油汽車。
(1)蓄電池的選擇。蓄電池選擇主要參數(shù)包括蓄電池種類、蓄電池容量及蓄電池電壓等相關(guān)內(nèi)容。選擇過程中,一方面要考慮汽車改裝后的動力性指標(biāo),一方面要考慮汽車改裝后的性價(jià)比。鉛酸電池憑借其技術(shù)發(fā)展相對完善,比功率也相對大,同時(shí)成本較低,所以得到了較為廣泛的推廣。同時(shí),鉛酸蓄電池有著較高的電壓,在相應(yīng)功率前提下,電流相對小,有助于縮減線路的功率損失,另外在安全性及電子元件性能的影響下,電壓同樣不宜過高,通常不可超過240V。蓄電池種類選擇完畢后,蓄電池容量與蓄電池質(zhì)量呈正相關(guān)關(guān)系,并且伴隨蓄電池容量的提升,還可使汽車?yán)m(xù)駛里程得到提升,不過蓄電池質(zhì)量提升還受到汽車空間結(jié)構(gòu)及底板承載水平的制約,因而蓄電池容量同樣不宜過高。
(2)電動機(jī)的選擇。電動汽車電動機(jī)各項(xiàng)參數(shù)分別由電動機(jī)種類、電動機(jī)額定功率及電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速等組成。對于電動汽車特征而言,主要包括:①應(yīng)當(dāng)具備過載能力強(qiáng)、瞬時(shí)功率高、加速性能優(yōu)、使用周期長等特征;②應(yīng)當(dāng)具備相對高的轉(zhuǎn)速,從而確保汽車可于平坦道路上實(shí)現(xiàn)快速行駛;③汽車減速過程中可達(dá)成再生制動,對電能予以回收并反饋至蓄電池,確保汽車具備最理想能量的利用率;④汽車運(yùn)行期間,具備良好、穩(wěn)定的效率,從而提升汽車單次充電的行駛里程;⑤具備過載保護(hù)功能。除此之外,還要求電動汽車電動機(jī)要具備極佳的可靠性,可于相對惡劣的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)長時(shí)間運(yùn)行,結(jié)構(gòu)不宜太過復(fù)雜,適用于批量生產(chǎn),使用維修便捷等特征。例如,選擇永磁同步無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)用以改裝的動力系統(tǒng)。汽車設(shè)計(jì)時(shí)速最高為50km/h,可計(jì)算得出電動機(jī)的額定功率,公式如下:
其中,m指的是車的重量;f指的是滾動摩擦系數(shù);Cp指的是風(fēng)阻系數(shù);A指的是迎風(fēng)面積;Vmax指的是汽車最高設(shè)計(jì)時(shí)速;ηT指的是轉(zhuǎn)動速率。
汽車設(shè)計(jì)常規(guī)時(shí)速最高為30km/h,可計(jì)算得出電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速,公式如下:
其中,ig指的是傳動比;i0指的是主減速比;Vn指的是汽車設(shè)計(jì)常規(guī)時(shí)速;r指的是滾動半徑。
(3)調(diào)速器選擇。在對調(diào)速器進(jìn)行選擇過程中,第一步要考慮對電動機(jī)功率要求予以滿足;其次,還應(yīng)當(dāng)考慮調(diào)速器可結(jié)合汽車行駛要求,依據(jù)預(yù)定的調(diào)速邏輯對電動機(jī)開展調(diào)節(jié)。
以某汽車品牌老款轎車改純電動汽車為例,自外觀上而言,汽車經(jīng)改造后并不會發(fā)生顯著變化,但憑借其極低的行駛噪音,便讓人們迅速發(fā)現(xiàn)它與燃油汽車的不同之處。汽車改造過程中,需要將原車的發(fā)動機(jī)、離合器總成、三元催化裝置、油箱、排氣管等一一拆除。電動機(jī)經(jīng)由定制的適配盤與變速器開展連接。重新裝置的電源控制單元對電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)開展調(diào)節(jié)。50kW的控制器,可將電池300V直流電轉(zhuǎn)化成240V三相交流電,以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的驅(qū)動。將電池組設(shè)置于車底板下方,數(shù)十個(gè)鉛酸電池單元被分組安放,平均劃分成兩組,總計(jì)可形成300V的直流電源。
電機(jī)同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)對動力轉(zhuǎn)向泵、水泵及空調(diào)壓縮機(jī)等驅(qū)動。因?yàn)槌R?guī)的發(fā)動機(jī)已被拆除,所以要想實(shí)現(xiàn)制動阻力的功能,則應(yīng)當(dāng)再添加一個(gè)真空泵,從而為阻力提供真空源保障。采用常規(guī)自動變速器換擋裝置取代原本的手動換擋桿,同時(shí)將變速器固定設(shè)置于2擋,與此期間,換擋裝置只是內(nèi)部裝置的小開關(guān),用以調(diào)節(jié)汽車的前進(jìn)或者倒退。為了提高汽車的安全性能,油門裝置可選取雙電位計(jì)措施。控制器一并對兩個(gè)傳感器信號進(jìn)行接收讀取,同時(shí)對它們形成的油門位置信號一致與否進(jìn)行評定。倘若存在兩個(gè)有區(qū)別的油門位置信號,系統(tǒng)便會停止運(yùn)行。于汽車暖風(fēng)系統(tǒng)中增加一個(gè)電加熱裝置,從而為暖風(fēng)提供熱源。將充電接口取代原本的加油口,可直接連接外界240V或者120V電源進(jìn)行充電。同時(shí),還裝置一個(gè)備用的電磁感應(yīng)充電插口;另外選取電壓表或者電量表取代處在后牌照架后方油量表,以對汽車電池電量進(jìn)行監(jiān)控。
本燃油汽車經(jīng)電動化改裝后,續(xù)駛里程可達(dá)到90km,百公里加速僅需15s,電池總重量為600kg,再充電耗電量為15kWh,電池使用周期為4~5年。同時(shí),運(yùn)營成本相比于原本燃油汽車得到顯著降低。即便每次續(xù)駛里程不夠長,然而針對多數(shù)情況下在城市內(nèi)行駛的駕駛員,該種改裝明顯具備較大的優(yōu)勢。
總而言之,伴隨全球生態(tài)環(huán)境污染及能源危機(jī)問題的越來越嚴(yán)峻,尤其是伴隨電動汽車相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,使電動汽車所具備的優(yōu)勢越來越凸顯。結(jié)合國內(nèi)外汽車技術(shù)發(fā)展形勢而言,有著環(huán)保優(yōu)勢的綠色汽車勢必成為今后汽車的發(fā)展方向,純電動汽車憑借其零排放的獨(dú)特優(yōu)勢,將在其中扮演十分重要的角色。鑒于此,相關(guān)人員務(wù)必要不斷鉆研研究、總結(jié)經(jīng)驗(yàn),提高對燃油汽車與電動汽車對比的有效認(rèn)識,強(qiáng)化對電動汽車不同系統(tǒng)選擇的全面分析,不斷促進(jìn)燃油汽車改純電動汽車的順利進(jìn)行。
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