从轻型电动车到微型电动汽车的技术路线可行性研究

2026/1/27 16:16:46

率的同时强化保障交通安全的有效技术手段,例如提高车辆的制动性能、驾驶性能和紧急情况下的安全防护特性,等等。

在轻型电动车推广过程中,有许多白领女性对车辆的款式、动力性能和安全性均表示满意,但她们对二轮车辆全部暴露的特点不满意,如果能够进行合理包覆,使骑行者免受风吹雨打,免受烈日暴晒和寒风扑面之苦,给骑车人一个很小的个人空间,适当隔离,那么,她们将很愿意接受电动车作为日常代步工具,推迟购买小汽车的计划。这是一种值得关注的消费意愿,说明超小型的简单包覆的电动车在中国已经存在了客观的市场需求。开发这种产品,并使之在国内市场上流行普及起来,也许会成为促进轻型电动车向微型电动汽车过渡的重要一环。

事实上,个人用的包覆式两轮轻型电动车在技术上已经没有实质性障碍,但由于其宽度将略宽于人体肩宽,交通管理部门能否允许其上路会是一个关键问题。成人在骑两轮车时的最大展开宽度是手臂弯曲突出部的宽度,大约0.7-0.8m,整体包覆车辆的内部空间宽度至少要大于这个宽度,并有一定裕量,预计车辆总宽度会增加到10%-15%。交通管理部门可能提出的理由是这种产品略多地占用了道路资源。但是,笔者认为,尽管如此,但适度发展一些单人包覆式的两轮轻型电动车是十分必要的,它可以吸引一批有汽车消费能力的顾客及早地加入到电动交通的行列中来,为未来的微型电动汽车的面市储备消费基础和营建市场环境。

市场需求的进一步提升就是“中国式的微型电动汽车”,对此我们可以在现有的两轮轻型电动车的基础上分两步达到这个目标:第一步目标是将运行功率扩大到4-5kw,车辆宽度限制于1m左右,可座两人的低速车辆(45km/h),限制于在“慢速道路”上行驶(非机动车道或在路面的最右侧),车辆允许包覆,主要用于日常个人交通和接送儿童上下学交通。对于这种车辆的各项技术要求,目前的技术水平已完全可以在短期内(1-2年)实现,关键仍然在于是否开放其使用环境的问题;第二步的目标就是开发一种性能基本接近目前的微型汽车(小排量汽车)水平的微型电动汽车,设计功率进一步扩大到10-20kw,平均行驶速度为40km/h,最大速度80km/h,可以行驶于城市的主要道路(非高速公路)。

显然,第二步目标的产业化之日就是中国电动汽车正式大规模普及之时,我们可以指望在5-10年内达成这个目标。

二、中国式微型电动汽车的技术指标框算

这是一种适合在中小城市和农村道路上行驶的低速交通工具,最初的最高时速可能需要小于80 km/h,(随着技术水平的提高逐步上升),考虑到技术及成本因素,其配臵的电池容量尚不能过大,因此,从最实用的角度可以确定的大纲为:速度30-50 km/h,一次充电至少可以行驶70-130 km/h。从经济性和可循环的角度考虑,她仍然应该采用铅蓄电池作为储能部件,铅蓄电池的目前平均水平已经可达到35wh/kg,优秀的可达到40wh/kg,循环寿命大于350次。如及时发展先进的蓄电池(如水平电池、双极性电池等),则容量比可提高到50wh/kg。

电池重量和使用成本:

非寒地区的标准配臵大约为200kg,总容量可以达到8kwh,先进水平则达到10kwh。目前轻型电动车使用的电池价格大约为20元/kg,微型电动汽车的电池因为总容量较大而节约了部分生产成本,价格大约可以下降到18-20元/kg,约为3600-4000元。当前,废电池的回收价格约为5元/kg,则总回收价格为1000元,消费者在电池寿命期内承担的电池使用成本为2600-3000元。

空车质量:

目前微型汽车空车质量,以长安铃木为例,大约为670kg。微型电动轿车没有发动机和油箱系统,将不含电池组的整车重量控制在600kg内是可行的,含电池组的整车重量则可以控制在800kg以内水平。

运行功耗的计算:

以载重200kg和车辆额定总重量为1000kg为基准来计算微型电动汽车的功率消耗指标。

考察一辆标准的电动自行车运行情况,在总质量120kg条件下以20km/h的速度在普通路面上行驶,按电池容量和行驶里程估算,其平均的总输入功率为180w,设电机效率75%,则平均总驱动功率为:N=180×0.75=135W,估算人体实际的迎风面积为S=0.4×1.5=0.6m,设风阻系数K=0.6,则风阻功率为:N=(f1)=S〃K〃ρ〃V3=×0.6×0.6×1.26×5.563=39W≈40W。其中ρ为空气比重为1.26kg/m2,V为车速为5.56m/秒。再推算用于启动的平均功耗占总功耗的15%,大约为20W,由此可以得出克服摩擦力的功耗大约为75W。(135w=40w+20w+75w)

假设一个“电动车辆克服摩擦力的功率消耗(摩擦功耗)是随重量和速度而线性增长”的简单数学模型,依据轻型电动车的实证数据推算,一辆总重量为1000kg 的微型电动汽车在20km/h时的摩擦功耗达到:75×1000÷120=625W,当速度上升为50km/h时,摩擦功耗也上升为:6525×50÷20=1562.5W=1.5kw。

再考虑风阻的情况,参考现有的微型燃油汽车数据,取迎面面积为2 m2,风阻系数为0.3,计算得出,在时速为50km/h时的风阻功率为:

N=(f1)=S〃K〃ρ〃V3=0.5*2*0.3*1.26*13.9*13.9*13.9=1015w

即,约为1kw。当时速提高到100km/h,速度提高一倍,风阻功耗提高8倍,达到8 kw;提高到120km/h时,上升为13.8 kw;提高到150km/h时,达到27 kw。相反的,当运行速度下降时风阻功耗也将大幅度下降,例如,当行驶速度下降为原来的50%时(25km/h),风阻功耗仅为原来的12.5%,约为0.125kw。由此可以看出,最高时速与设计功率有很大的关联,是最重要的技术参数之一。

综上所述,如果以时速50km/h来考核微型电动汽车,在效率很高的能量回收系统(可以安装超级电容器吸收系统)的支持下,忽略启动能量损耗,则平均总功耗仅为摩擦功耗和风阻功耗之和,即1.5+1=2.5KW,设电机效率达到0.9,电池总容量为8kwh,电动车在良好路面上的续行驶里程则为:8×0.9÷(2.5)×50=144km。当电池容量下降至70%时,连续里程下降为100.8公里;当行驶速度下降为40km/h时,摩擦功耗和风阻功耗分别下降为1.2kw和0.5 kw,总功耗也相应下降为 1.7kw,仅为50km/h的68%,连续运行的续行里程为:8×0.9÷

2

(1.7)×40=169.4公里,比50km/h速度条件下延长了 17.6%。显然,微型电动汽车是一种比例适合低速运行的车辆。

值得注意的是,改进蓄电池设计,如果比能量提高到50wh/kg,则总能量可达到10kwh,在50km/h速度下运行,新电池的充电行驶里程可以增加到180公里;在40km/h速度下运行,可以达到211.7公里。电池衰退至70%的里程分别为126km(50km/h)和147.7km(40km/h),具有很强的实用性。

设计功率的计算:

考虑到启动、上坡、加速、超过额定负载等实际因素,微型电动汽车的额定功率可取匀速工作功率的4倍,即大约为10kw;最高输出功率可取匀速工作功率的8倍,最大输出功率不超过20kw。

制造成本:

与普通微型汽车相比,微型电动汽车减少了发动机动力系统,包括减速箱、启动机、水冷却、油箱等部件,增加了驱动电机、控制系统和充电系统,驾驶、制动、灯光、仪表等系统基本不变,考虑到电动车相当于自动档,无需变速系统,从总体来看,微型电动轿车的总制造成本(不含电池)应该略低于微型燃油轿车,最终价格大约可以控制在2-3万元范围。

经济性对比:

微型电动汽车的使用费用主要由“购买蓄电池的费用”和“日常电费”两部分组成,电池组按容量8kwh和重量200公斤计算,寿命期内的每公斤电池的使用消耗价值为13元,总使用费用为2600元,设平均服役里程为3万公里,则分摊到每公里的电池使用费为0.086元/公里;另外,设电机效率0.9,充电效率0.9,以50km/h速度和功率消耗2.5kw计算,微型电动汽车的平均百公里电耗大约为:2.5*2/0.9/0.9=6.17度,以7度计算,并设电价为0.6元/度,则电费消耗约为0.042元/公里,电池使用费和电费合计为0.128元/公里,每100公里为12.8元。


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