电动车的能量效率
摘要
来自所有的交通模式，特别是汽车的二氧化碳排放在世界范围内都在增长。在日本，1990年到1998年二氧化碳的尾气排放量增长了骇人的21%。这种巨大的增长远远大于其它发达国家如美国和德国的二氧化碳的排放增长速度。在六种被Kyoto协议拟定减少的温室气体中，汽车二氧化碳的降低最为紧迫。
Tokyo电力公司（TEPCO）通过使用Nissan公司的“Hypermini”电动车评估了能量消耗和二氧化碳排放降低的关系。通过和Nissan Motor公司合作，“Hypermini”被开发为城市电动车（City-EV）。
这儿提供的TEPCO收集的“Hypermini”和小型汽油车（文后简称为“Mini Cars”）六个月的相关数据，同时还包括日本国内的电力组成数据。此外，还定量给出了在整个能量循环过程中计算得到的能量消耗和二氧化碳排放结果。通过引入City-EV来降低二氧化碳的排放得到了证实。
2011嘉年华关键词：EV、效率、车队、排放、能量消耗
1 车队测试纲要
1.1 操作条件
TEPCO在酒后驾车致人死亡2001年3月使用了132辆电动车和11辆Hypermini车参与商业活动。EV可操作性测试在TEPCO的Kawasaki 和 Tsurumi两个分布进行。它们是第一个引入Hypermini的部门，分别有2辆Hyperminis。TEPCO正计划增加Hyperminis的使用数目。
部门
Kawasaki
Tsurumi
Mini car
15（Minica 9）
车险第二年优惠
14（Minica 6）
Hypermini
2
2
这些小型的汽油车用于参观消费者、里程表读数、收费、计划以及领域调查。当它们操作时，还收集相关的行驶条件/性能数据。
1.2 车队车辆
这就是Hypermini 和Mini car的图片资料。它们的相关说明见表1。
表1 说明
Mini car
Hypermini
外部尺寸（mm）
3395×1475×1550
2665×1475×1550
总重量（kg）
700
840
可坐人数
4
2
最大速度(km/h)
120(估计)
100
10-15模式行驶距离(km)
615
115
燃料经济或能量效率
20.5(km/L)
7.4(km/kWh)
(10-15模式)
最大功率(kW)
37
24
最大扭矩(Nm)
62
130
能源
汽油
电能(锂离子电池
电感充电器
功率单位
4缸SOHC
同步马达
660CC
变速
3速AT
1减速
2 在日本，来自二氧化碳的排放
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为了从全球范围内评估能耗和二氧化碳排放的降低，我们必须考虑相关的各种过程产生的二氧化碳的排放量，比如初级燃料，如原油、煤、和天然气等的提炼。
在本文，我们所提的初级燃料提炼的能量循环为“油井到油罐”，车辆的能量循环为“油罐到车轮”。整个能量循环过程为“油井到车轮”。EV的“油罐”用于电池的充电。
    对于“油罐到车轮”这一过程来说，来自EV的二氧化碳排放，从能量效率来看为零。但我们必须同时考虑“从油井到油罐”的能量效率。汽油车和EVs的能量循环对应的能量流和能量效率，如图2所示，其中的效率是根据文献[1]和[2]计算得的。
在日本，电力主要由热能（原油、煤、天然气）、核能和水能组成。电力生成的组成比和使用电能的时间有关。24小时范围内总的电力生成组成比见图3所示。使用原油、煤和天然气得到的热能电力比率与需求的改变直接对应。白天这个效率是增加的，因为白天的电力需求在增大。对水能和核能生成来说，恰恰相反。在夜晚，由于特定的时间内的需求减小，这个比率是增加的。
对所有的电厂，特定的二氧化碳的排放（从油井到油罐）是根据如图b2驾驶证几年一审2所示的从油井到油罐的效率来计算得到的，如图4所示。二氧化碳的排放量包括开发、运输、精炼、生成、建设、维护等等对应的所有能量消耗。
日本的能源约80%靠进口。因此，核能可能稳定电力供应。使用核能的另一个好处是没有二氧化碳的生成。即使考虑到建设和维护，二氧化碳的排放也是十分低的。对使用自然资源、水能和风能来说，情况也是这样。
使用图3所示的电力生成组成比，我们可以计算出白天和晚上每单位电能对应的二氧化碳的排放（从油井到油罐）。图4所示的所有电厂的二氧化碳的排放见图5。
由于每单位电力对应的二氧化碳排放量白天比晚上大，整个晚上为Evs充电可以减少20%的二氧化碳的排放。这就是TEPCO下属部门采纳晚上充电的原因。此外，当根据图2所给出的从油井到油罐的效率计算得到的日本汽油市场每单位能量对应的二氧化碳的排放时，和汽油机相比，整个晚上充电可以降低20%的二氧化碳的排放量(0.11升汽油对应于1kWh的能量沃尔沃xc70报价)。
3 底盘动力仪表测试
在进行车队测试实验前，我们比较了Hypermini和Mini Car，目的是为了进行固定条件下的定量性能评估。
3.1 城市商业行驶模式
为了实地评估公司用的电动车,我们采用了城市-商业行驶模式.这个模式模拟了在部分城市中所遇到的行驶情况：大量的交通阻塞、停车、减速和加速。
下面是城市商业行驶模式条件下，相对于10-15模式（通常在日本使用）所具有的特点：1 没有恒定的车速。2 最大车速高。3 加速度和减速度大。4 停顿时间长。
3.2 底盘动力仪表测试中二氧化碳的排放
Hypermini 和Mini Car的二氧化碳的排放(从油井到油罐)通过测试评估确定。所用的10-15模式和Tokyo市的商业-行驶模式为前所述，如图7。在油井到车轮过程中，Hypermini的二氧化碳的排放比Mini Car降低了75%，降低率远远大于从油井到油罐的情形。
这是因为从油罐到车轮的效率Hypermini高于Mini Car。换句话说，每单位距离的能耗低些。
因此二氧化碳降低效果增强（如图8所示）。然而，比较10-15模式和城市商业行驶模式对应的二氧化碳的排放降低率，前者达到了65%，后者约为75%。因此可以确信在操作条件下，例如城市商业行驶模式下，使用Hpermini可以有效降低二氧化碳的排放。
4 评估公司使用车辆的二氧化碳排放的降低
4.1 Hypermini 行驶里程百分数和二氧化碳排放关系
图9显示了TEPCO两个下属部门Kawasaki 和Tsurumi Mini Cars 整个行驶里程对应的Hpermini所占的百分数。这些数据结果是通过计算6个月期限得到的。在Tsurumi 分部和Kawasaki分部的百分数分别为4%和3%。
图10显示了根据6个月期限的实际行驶里程数据计算得到的Hypermini和Mini Cars 每单位距离对应的二氧化碳的排放。尽管区域性使用之不同，和Mini Cars相比，Hypermini把二氧化碳的排放降低了1/5。这个减少数字几乎相当于第三条所述的城市商业行驶模式和底盘动态仪表测试评估的实验结果。
图11显示了Tsurumi分部二氧化碳排放降低率与Hypermini在Mini Cars整个行驶里程所占百
分数的关系。两个分部中，Hypermini行驶里程平均百分数约为3.5%，降低二氧化碳排放百分数约为3%。因此，增加Hypermini 行驶里程百分数将有效降低二氧化碳排放。
图12显示的是Kawasaki分部Mini Cars每天的里程频率。Hypermini在这个分部的估计一次充电行驶距离为50到60公里。因此，用Hypermini替代Mini Cars可能达到90%的电流效率。如果Hypermini行驶里程增加到90%，二氧化碳排放可以降低70%之多。
4.2 每天行驶距离和二氧化碳排放的关系
总的来说，按照每天行驶里程，汽油车的燃油效率是增加的。这些燃油效率与预热牵引系统所需的能量和停车频率、加速和加速都有关系，特别是在短距离如此。我们评估了每天平均的行驶距离对二氧化碳排放的影响（见图13）。
当每天的行驶距离短时，Hypermini 和Mini Car 的二氧化碳的排放量都是增加的。然而，不管怎样，Hypermini的二氧化碳的排放比Mini Car低的多。
4.3 短行驶里程二氧化碳排放的增加
和汽油车相比，由于Evs甚至在电池未用完电就需要充电，其行驶里程短。这种趋势在我们的车队评估时表现得很清楚。图14显示了Hypermini在Kawasaki分部的一次充电时荷电状态（SOC）对应的频率，以及随SOC的不同的效率变化。当接近全充电时，电池不能接收大量的电能。因此，为了使电池能达到全充电态，有必要在整个较长的时间段里使用小电流，但代价是充电效率的降低。
尽管如此，这意味充电效率可以通过等待电池放电到一定程度再充电而提高，从而可以进一步降低二氧化碳的排放。
5 结论
1 正如预计的一样，使用Hypermini将降低二氧化碳的排放，其中，在10-15模式下，降低量为1/3；城市商业行驶模式下，降低量为1/4。
2 在TEPCO两个下属部门，Hypermini行驶里程的平均百分数为3.5%，这就意味着二氧化碳的排放降低了3%。可以预计的是，如果在TEPCO分部使用的90%的Mini Cars被Hypermini替代，二氧化碳的排放将降低70%之多。
3 当电池接近全荷电状态时，Evs的充电效率将变低。但是该效率可以通过降低短距离行驶后的充电次数来提高，结果将进一步降低二氧化碳的排放。