车辆节能技术

1、Vehicles lightweight design vs. electrification from life cycle assessment perspective Ahmad Mayyas a, Mohammed Omar b, *, Mohammed Hayajneh c, Abdel Raouf Mayyas,从生命周期评估的角度来看，车辆的轻型设计与电气化。,生命周期评估（life cycle assessmentLCA）：,是一项自60年代即开始发展的重要环境管理工具。生命周期是指某一产品（或服务）从取得原材料，经生产、使用直至废弃的整个过程，即从摇篮到坟墓的过程。,轻型材料

2、和汽车的电气化是改善车辆的燃油环境，降低车辆生命周期周期范围内运行阶段对环境的影响，最可行和最经济的解决方案之一。 本研究旨在更清楚地了解轻量和电动的综合效应通过评估不同的轻量化设计和电力系统，从环境角度使用生命周期分析能量消耗和二氧化碳排放。,电动车,本文讨论了几种先进的动力总成（插入式混合动力电动汽车(PHEV)、电池电动汽车(BEV)和混合动力电动汽车(HEV)）相对于传统的汽油驱动内燃机车（ICV）的生命周期评估,1973年阿拉伯石油禁运之后，轻量级设计成为一种减少甚至消除对外国能源依赖的战略解决方案。早期轻型车辆设计概念试图减少车辆重量用一些镁或铝等较轻的材料来代替汽车上的铸铁和钢。

3、 近年来，高强度钢和塑料复合材料作为重量较轻的替代材料，由于价格下降趋势和在制造业的新发展，得到了更多的认可,轻量车,其他轻量级设计方法包括重新设计车辆和缩小尺寸。重新设计的目的是减少空气动力阻力和滚动阻力。缩小尺寸更侧重于减少车辆的尺寸，这也导致了发动机的缩小。 虽然使用这些方法可能会导致多达40%(690公斤)的车辆减重，但制造这些轻型汽车相关的成本是不菲的，可达每公斤3至4美元。 另一个需要牢记的重要事实是，当谈到轻量化设计时，相对于传统的钢材等级，较轻的材料往往更耗能，所以专注于汽车的使用阶段和专注在材料的提取和车辆制造时能源和温室气体可能导致有偏见的争论。,一些同类型的研究,Lewi

4、s等人，2014年对不同动力系统(内燃汽油车(ICE)、混合动力汽车(HEV)和插件混合动力汽车(PHEV)和不同的轻质材料(钢、铝、高强度钢(AHSS)的内燃机车辆进行了比较研究。这项研究假设了不同的白车身的总节能，然后用这些总节能来评估生命周期能源和温室气体排放。本研究得出结论:AHSS车辆的性能优于传统钢材和铝为基础的车辆。这种优势也可以增加如果由混合动力传动系统改变了内燃汽油系统。,。Raykin et al.(2012)的另一项重要研究是对三种不同程度电气化的大型家用汽车进行良好的温室气体排放分析。在三种不同的交通情况下(城市驾驶、郊区驾驶和公路驾驶)证明，与HEV(排名第二)和内燃

5、汽油车(排名第3)相比，PHEV对温室气体排放的贡献较小。这项研究的缺点之一是作者认为电力是由天然气产生的，所有的车辆都使用汽油，这在大多数国家可能不成立。,一些同类型的研究,霍金斯等人（2012）开发了一种传统和电动汽车的透明生命周期清单。在这项研究中，作者们评估了传统和电动汽车在一系列影响范围内的问题，包括全球变暖潜势（GWP）、人类毒性、淡水生态毒性、淡水富营养化和金属消耗的影响。 他们发现假设车辆寿命设定为15万公里，由欧洲电力公司提供动力的电动汽车与常规柴油或汽油车相比，全球变暖潜力(GWP)下降10%-24%。然而，电动汽车显示了显著增加的潜力在人类毒性、淡水生态毒性、淡水富营养化

6、和金属损耗影响方面。 似乎这项研究的结果对有关电力结构、使用相耗、车辆寿命和电池更换计划的潜在假设很易受影响。,关于电力的来源和若干电动汽车的区域驾驶模式(BEV, HEV,PHEV18和PHEV62)。在这项研究中，Onat和他的团队比较了50个州的车辆选择，考虑到特定的平均和边际发电，混合区域驱动模式，汽车和电池制造的影响。他们还发现，对于美国的平均情况(在全国范围内)，PHEV18与ICV相比降低了29%的温室气体排放，而EV、HEV和PHEV18的GHG排放量是相对可比较的。就LCA的排放分类而言，他们发现汽车和材料制造的排放量占总生命周期排放量的11%到23%，而这些排放物对电动汽车

7、的排放是最高的，与整个生命周期的排放相比，电池生产的温室气体排放是微不足道的。,一些同类型的研究,本文主要关注的是在材料的提取和资源阶段，生产阶段和使用阶段（操作和维护）的能源温室气体排放(GHG)。 目前的大部分研究都集中在使用阶段，但并没有反映出与先进动力系统相关的正确的环境影响。因此，本文采用了一种全面的LCA方法，涵盖了前制造、制造、运行和结束阶段，再加上另一个间接的阶段来解释给最终用户或客户的燃料的提取、提炼和运输。,制造阶段,假设所有车辆都有类似的制造路线，基于材料/制造工艺的组合（即：在内燃机车或xbv）中，无论在哪里使用，盖上的钢都有相同的能量和二氧化碳排放。 唯一的例外是电池

8、电动车（BEVs）的电池和所需的动力系统。然而，同样重要的是要强调，与传统汽车相比，电动汽车的内燃发动机更小。,表8总结了用于制造汽车的几个材料组的材料提取和加工所产生的能源消耗和温室气体排放的估计。,铜 铝 钢 不锈钢 铸铁 复合材料 玻璃 镁 多孔陶瓷：火花塞 树脂 塑料 聚氨酯 橡胶 电池,下面的表9列出了制造能量消耗的数值。主要的转换过程是决定生产阶段的能源和温室气体排放的关键。,冲压 铸造 黄铜，铅 锻造 挤压 加工 线圈 玻璃窗格 气压成型 模压成型 热固性成型 塑料挤塑 压延成型 注塑成型 喷涂 暖通空调和照明 物料运输 压缩空气,.使用阶段：,此前有报道称，使用阶段是汽车一生中

9、最需要能源的，因此它是内燃汽油汽车二氧化碳排放的最大贡献者。此外，众所周知，车辆的质量和构成材料在轻型设计和车辆性能中起着重要的作用;在对路面的阻力和燃料经济方面。减少车辆的重量不仅减少了地形（道路）的摩擦力，还减少了滚动阻力，同时也减少了对加速和攀爬的阻力（如显示在图311)。 图3还显示了减少车辆质量对整体燃油经济性的影响;一般来说，在车辆的质量上节省100公斤，每100公里可节省0.3 -0.5 L/100公里的燃料和0.85-1.4公斤的二氧化碳。,对于以内燃机为基础的车辆，计算能源需求对车辆的使用寿命（例如20万英里）是相当容易计算的，因为知道一加仑汽油的平均热值为130 MJ，产生

10、8.596公斤的二氧化碳。 纯电动汽车（BEV）使用阶段的能量和二氧化碳排放量可以直接计算使用以下假设;每千瓦时产生0.8515公斤二氧化碳（美国平均电力混合），包括与煤矿开采、天然气井钻探、油井水力压裂和所需运输到发电厂的排放。 插电式混合动力汽车（PHEV）的能源需求和二氧化碳排放取决于几个因素，如;行驶距离、电范围、充电状态、车辆速度和加速/减速模式。为了提供一个可能的解决方案，假设50%的电力是由电池提供的，50%来自内燃机。 对于HEV来说，计算是基于燃油经济性和提高动力传动系统的效率。,2015年，美国产生了大约4万亿千瓦时的电力。大约67%的发电量来自化石燃料（煤炭、天然气和石油

11、）。美国产生的电力混合：33%的煤炭，33%的天然气，20%，6%的水电，7%的其他可再生能源，1.6%的生物质，0。4%的地热，0。6%的太阳能和4.7%的风能（美国能源信息管理局，环境影响评价，2015a）。虽然煤炭占发电总量的33%，但在这一领域的二氧化碳排放总量中，约占71%，天然气占28%，而石油1%只剩下不到1%的其他能源（EIA，2015b）。 发电过程中产生的二氧化碳排放量约为每1千瓦0.5946公斤二氧化碳（使用美国的电力混合）。这也包括大约4.7%的电网传输损失。来自汽油的1 kWh的二氧化碳排放量约为0.2932公斤，其中81.4%来自汽油的直接燃烧，另外15.6%来自于

12、良好的油箱负担。 有了这些数字，人们就可以得出结论，基于内燃机的汽车将从能源和二氧化碳排放的角度来看更好。 然而，电动汽车将大约59%-62%的电能从电网转换为车轮上的电力传统的汽油车只会将汽油中储存的能量的17%-21%转化为动力。在基于内燃机的车辆中，低传动效率往往会使其优势转化为BEV和PHEV的优势，后者具有更好的动力传动效率。,临终阶段,报废车辆（ELV）的退役车辆通常会经历以下几种情况： 1.该战略假定，退役车辆完全在垃圾填埋场的指定区域内处理，这一战略假定所有车辆的部件都是填埋的。然而，这种策略并不是首选的路线，因为它增加了负面的环境负荷 2.回收和再利用某些部件（如身体部件;电力组件，等等），这在废车场中得到了显著的应用 3.对汽车的主要部件进行回收，这是大多数制造商采用的。,EELV是净生命终结能量，Esorting是必需的排序和分解能量;ER是循环利用的能量;是循环分数（0 1），而Ev是提取原始材料的能量。这个等式意味着EELV可以有正的值（非再生材料或填满的部分）或负值（可回收的材料或重复使用的部件，以节省从矿石中提取原始材料所需的能量。 类似地，这些来自生命终结的二氧化碳排放可以通过以下公式计算出来,GHGELV是生命终结的净排放;EGHGsorting排序是排序和分解的结果;EGHGR是回收过程的排放