張馳　李柏姝

摘 要：基于生命周期評價(jià)方法（LCA），運(yùn)用GaBi軟件平臺(tái)，建立純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對榮威Ei5的驅(qū)動(dòng)電機(jī)以國家不同區(qū)域電網(wǎng)為基礎(chǔ)，采用CML2001評價(jià)方法中ADP（e）和ADP（f）兩種指標(biāo)進(jìn)行能源消耗分析。得到的結(jié)論為驅(qū)動(dòng)電機(jī)全生命周期下礦產(chǎn)能源消耗主要發(fā)生在原材料獲取制造階段，化石能源消耗主要發(fā)生在使用階段，但隨著火力發(fā)電比例減少，ADP（e）和ADP（f）指標(biāo)有減少的趨勢，因此需要逐步改善我國各大區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，大力開發(fā)新能源發(fā)電。從純電動(dòng)汽車自身考慮，在使用階段提高純電動(dòng)汽車的充電效率和能量轉(zhuǎn)化率，減少使用階段能耗是在我國各大電網(wǎng)以火力發(fā)電為主的國情下，降低資源消耗的重要方法之一。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 生命周期評價(jià) 礦產(chǎn)能源耗竭潛值 化石能源耗竭潛值

Analysis of Energy Consumption of Drive Motor Based on LCA Pure Electric Vehicle

Zhang Chi，Li Baishu

Abstract：Based on the life cycle assessment method （LCA）， the GaBi software platform is used to establish a mathematical model of the drive motor of a pure electric vehicle. The drive motor of the Roewe Ei5 is based on the power grid of different regions in China， and the ADP（e） and ADP（f） in the CML2001 evaluation method are used for energy consumption analysis. The conclusion is that the mineral energy consumption mainly occurs in the raw material acquisition and manufacturing stage during the whole life cycle of the drive motor， and the fossil energy consumption mainly occurs in the use stage. However， as the proportion of thermal power generation decreases， the ADP（e） and ADP（f） indicators decrease. Therefore， it is necessary to gradually improve the structure of Chinas major regional power grids and vigorously develop new energy power generation. From the perspective of pure electric vehicles themselves， improving the charging efficiency and energy conversion rate of pure electric vehicles during the use phase， and reducing energy consumption during the use phase is one of the important methods to reduce resource consumption under the national conditions of China's major power grids dominated by thermal power generation.

Key words：pure electric vehicle， drive motor， life cycle assessment， mineral energy depletion potential， fossil energy depletion potential，

1 引言

目前，我國的科學(xué)技術(shù)發(fā)展愈來愈快，在面臨全球的大形勢下，以純電動(dòng)汽車為首的新能源汽車出現(xiàn)并在近十五年來的得到了大力地發(fā)展與推進(jìn)。國家把節(jié)能與新能源汽車列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和和《中國制造2025》重點(diǎn)研究領(lǐng)域，純電動(dòng)汽車成為未來汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一[1]。驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為純電動(dòng)汽車的三大核心部件之一，隨著純電動(dòng)汽車發(fā)展，降低驅(qū)動(dòng)電機(jī)在整個(gè)全生命周期對環(huán)境的影響對于純電動(dòng)汽車的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2 目標(biāo)與范圍的確定

2.1 目標(biāo)的確定

本文研究的是榮威Ei5純電動(dòng)汽車的一款永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)總功率85kw，扭矩255N?m，質(zhì)量76kg。

2.2 系統(tǒng)邊界

我們主要研究的是驅(qū)動(dòng)電機(jī)在全生命周期當(dāng)中的原材料獲取、制造裝配、運(yùn)行使用階段和報(bào)廢回收階段四個(gè)階段。

3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)LCA建模

3.1 原材料獲取階段

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是純電動(dòng)汽車的核心部分之一，它可以為純電動(dòng)汽車提供動(dòng)能，把動(dòng)力電池提供的出來的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化。本文研究的是一款永磁同步電機(jī)，永磁同步電機(jī)的基本材料構(gòu)成：定子繞組12.5kg、鐵心16.46kg、驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸9.97kg、永磁轉(zhuǎn)子7.41kg、驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體18.46kg、驅(qū)動(dòng)電機(jī)基座11.2kg。根據(jù)文獻(xiàn)[2]得知單位質(zhì)量下釹所需原材料為0.29/kg占比29.12%、硼0.01/kg占比1%、鐵0.7/kg占比69.68%。永磁同步電機(jī)在軟件Gabi中的建模如圖1。

3.2 制造裝配階段

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制造裝配階段包含了定子、轉(zhuǎn)子、電機(jī)軸、殼體基座和電機(jī)總裝的過程。定子制造裝配包含了銅絲繞組、鐵心的硅鋼片壓裝和總組裝過程;轉(zhuǎn)子一般是永磁轉(zhuǎn)子的熔化提煉，鑄錠等熱處理過程;電機(jī)軸通常需要鋼坯經(jīng)過粗車、精車、熱處理、打磨等處理過程;殼體與基座通過對鋁制鑄造并且進(jìn)行機(jī)械加工處理得到。建立驅(qū)動(dòng)電機(jī)制造裝配階段Gabi模型圖如圖2所示。

根據(jù)工藝手冊[3]（王先逵等，2008）、文獻(xiàn)[4]（張磊，2011）和GaBi數(shù)據(jù)庫。得到驅(qū)動(dòng)電機(jī)零部件在原材料獲取和制造階段的消耗：定子繞組26.28MJ熱能和77.42MJ電能、鐵心10.87MJ電能、定子的制造22.34MJ電能、永磁轉(zhuǎn)子52.75MJ熱能和75.32MJ的電能、驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸37.39MJ電能、殼體基座64.14MJ熱能和127.68MJ電能和裝配44.7MJ電能。

3.3 運(yùn)行使用階段

本文研究的純電動(dòng)汽車為榮威的Ei5官方百公里耗電量為13.2Wh/100km搭載的是一款三元鋰電池循環(huán)壽命可達(dá)3000次，經(jīng)過2000次循環(huán)，電池?fù)p耗低于20%，充放電效率為91%。本文假設(shè)純電動(dòng)汽車的全生命周期的可行駛總里程為200000km，按照質(zhì)量換算能耗比例可計(jì)算出驅(qū)電機(jī)在次里程數(shù)下的對于能源消耗的影響數(shù)值。20000013.2/10042/1555=713.05kWh。

3.4 報(bào)廢回收階段

本文主要研究金屬和非金屬這兩大類材料的報(bào)廢回收，其中金屬包括了鐵、鋼、鋁，非金屬材料主要包括塑料和橡膠。其他材料我們采用軟件平臺(tái)中的工藝和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，貴金屬本文暫不考慮。

目前，鋼在電弧爐中進(jìn)行回收，回收率90%;廢鐵一般放入沖天爐，隨后在模具中進(jìn)行冷卻得到鑄鐵，目前廢鐵的回收率為 80%;鋁一般通過高溫熔化和鑄造的方式進(jìn)行回收，回收率為92%;銅一般采用直流電解方法，回收率為90%，并且每kg需要2.65kWh的能耗[5]。

4 影響評價(jià)和結(jié)果解釋

4.1 特征化

在生命周期評價(jià)中（LCA）生命周期影響評價(jià)是核心的內(nèi)容之一。本文采用CML2001評價(jià)方法并且主要研究的影響類型是CML2001中的礦產(chǎn)能源耗竭潛值和化石能源耗竭潛值這兩項(xiàng)。

運(yùn)用GaBi軟件的平衡表功能計(jì)算，可以獲得驅(qū)動(dòng)電機(jī)全生命周期的能源消耗特征化結(jié)果，如表1。

4.2 結(jié)果分析

通過前面驅(qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的建立、數(shù)據(jù)的輸入和最后的計(jì)算可以知道，對于礦產(chǎn)資源的消耗主要的發(fā)生階段為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的原材料獲取和制造階段，對于化石能源的消耗主要發(fā)生在使用階段。根據(jù)我國家的發(fā)電的特點(diǎn)可以知曉，國內(nèi)不同區(qū)域下的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是不同的，因此純電動(dòng)汽車的不同電網(wǎng)模式下的評價(jià)結(jié)果存在差異，據(jù)《中國電力年鑒2014》[6]中國的各大區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下驅(qū)動(dòng)電機(jī)能源消耗特征化計(jì)算結(jié)果如表2。

5 總結(jié)與建議

（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)全生命周期下礦產(chǎn)能源消耗主要發(fā)生在原材料獲取制造階段，化石能源消耗主要發(fā)生在使用階段，但隨著火力發(fā)電比例減少，ADP（e）和ADP（f）指標(biāo)有減少的趨勢，因此需要逐步改善我國各大區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，大力開發(fā)新能源發(fā)電。（2）從純電動(dòng)汽車自身考慮，在使用階段提高純電動(dòng)汽車的充電效率和能量轉(zhuǎn)化率，減少使用階段能耗是在我國各大電網(wǎng)以火力發(fā)電為主的國情下，降低資源消耗的重要方法之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉凱輝，徐建全.純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)全生命周期評價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（09）：3456-3463.

[2]尹慶煒.2007.燒結(jié)釹鐵硼永磁體制備與性能研究[D].天津：天津大學(xué).

[3]王先逵，孫鳳池.2008.機(jī)械加工工藝手冊：單行本.加工技術(shù)卷.齒輪，蝸輪蝸桿，花鍵加工.第2卷[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]張磊.2011基于GaBi4的電動(dòng)汽車生命周期評價(jià)研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué).

[5]李兆堅(jiān).可再生材料生命周期能耗算法研究[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2006（01）：50-58.

[6]魏昭峰.2014.中國電力年鑒：2014[M].北京：中國電力出版社.