侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

更省油,关于LY混动车增程系统发动机燃油效率的讨论

2019-04-15 15:10
lightyear
关注

摘要:

A  LY混动车的增程系统核心是小排量内燃发动机。其燃油热效率较低,但不会对LY混动车整体效率有决定性影响。

B  增程系统小排量发动机效率的提升,可再生燃料获得成本的降低。这两个方向将使得LY混动车更具竞争力

C  LY混动车增程系统的STS(太阳能到服务人类生产生活solar to service)的有效效率更高。是符合能源发展规律的。

一直以来人们觉得,增程式电动车最没效率。增程式,混动车只是中间过度车型,纯电动车氢燃料才是未来发展方向。

这些似是而非、自以为是的观点阻碍了电动车设计。

为了用最通俗的方式说明这个话题,我们先确定一个观点。不管什么形态的交通能源,什么结构的车辆。判断其是否有竞争力,至少满足以下内容:

①从A 地点到B地点的转移能量

②经济成本。

③工程实现难易程度。

④单位能量转化为车辆移动能力的效率。

⑤补能方式。

⑥重中之重的安全。

本文从这六个方面去说明LY混动车的小排量发动机尽管燃油效率更低,但整体效率(即燃料转化为车辆移动能力的效率)却更高。LY结构混动车的增程式车辆结构优于大电池容量的电动车,氢能源汽车。

①②⑥这三个衡量标准在本文内暂时搁置。

从工程实现上说,氢能源高压低温,能源形态多次变换。氢能车辆,不管是燃料电池,还是氢能内燃机的或其他的形式。在作者看来都是没有优势。故本文直接忽略氢能量。

下面从电池车、传统燃油车、各种混动车这三个车辆形式去论述LY混动车才是有效率的。

在当前工程技术水平下,从A地点到B地点相同质量车辆转移需求能量是一定的。折算为电能设为y度:

y=与能源转化无关质量消耗能量+与能源转化有关质量消耗能量。

如车身结构,车上载荷,仪表,安全配置等等是与能源转化无关的,相对来说这一部分质量是固定,或相差无几的。这是一个稳定因子。

设y1=能源转化相关质量消耗能量。先看清楚能量转化有关部件、则有电池车为电池、电机、电控、热控、减速箱、传动等等。燃油车为发动机、油箱、燃料、变速器、传动和机械控制等等。混动车的相关质量为电池车、燃油车的综合。

就实际情况而言,这些部件都是无法直接比较的,因为不是同类项。

为此,我们将电池车、燃油车、混动车抽象化。全部抽象为混动车。这个混动车含有两个储能部件 电池系统、油箱燃料系统。两个能量转换装置:电机系统、发动机系统,一个机械装置:变(减)速箱+传动装置。总共是5个子系统。

这5个系统的总质量,及综合转换效率。

一种新的数学工程方法“区间流”。区间流工程数学方法可以定义为,1到n个同质因子,通过不同路径到达同一结果。每个路径对不同因子的影响不同,流动通过率是比例关系或特定数学关系,只有减弱,存储,或消耗作用。每个因子之间相互独立,但流动通过率可以相互影响。利用这些数学关系,求一个最优通过率、通过总量称为区间流工程数学方法。

利用区间流。优化混动车效率。如下图1。

更省油,关于LY混动车增程系统发动机燃油效率的讨论

图 1 电能、燃料车的综合区间流效率优化系统

这个区间流系统的输入是两个因子:电能、燃料。输出是车辆移动能量耗能。

我们优化的目标是5个系统的总质量最低,两个因子的综合转换效率最高。

图1的系统过程,每一个环节都能建立一个准确的数学表达,然后设定工况、通过计算机模拟方式计算出一个非常优化的解。图一还可以进一步简化为图2的抽象简化图。我们知道当混动能量整合输出匹配车辆能源需求时,混动车最为有效。举例说明,当车辆需求平均能量功率为14KW,我们使用15KWe的小型发电机用燃料发电,波动的能量需求由电池来平航。因燃料能量密度更高,我们将会得到最低5个系统总质量。

更省油,关于LY混动车增程系统发动机燃油效率的讨论

图 2 混动车能量流抽象简化图

这个优化过程是非常大工作量的。我试图使用简单数据证明,但缺乏可靠数据,并且计算量较大,半个多月也无法完成。即便使用数学方法表达出来,在自媒体上的读者估计没有几个人能看明白。

这样做法也没有必要。不只是因为这个计算,仿真过于复杂。而是因为实际工程中,是批次,逐个型号来选型的。确定了产品,就可以通过定向、定性地优化。

下面我们仍旧以比亚迪纯电元,和燃油版元为例说明LY混动车才是最有效的。

更省油,关于LY混动车增程系统发动机燃油效率的讨论

表 1 比亚迪元 纯电 燃油车型数据

更正:2017款 1.5L 自动酷炫互联型车自重1325KG。2017款 1.5L 自动酷炫时尚型车自重1395KG。2017款 1.5TID 自动运动版 1430KG。(不同车型重量差别还是挺大,但为了更好说明,我们必需设定除了这五个系统以外的车体质量是完全相同的。)

为了更好说明,我们将纯电与性能最好的2017款 1.5TID 自动运动版进行优化。

元EV535动力电池总成能量密度160Wh/kg。可以计算出,电池系统重量为约340KG。当纯电车型与燃油车型总质量相同,为1430KG时。电池重量为120KG。

有没有可能造成一个混动车使得车辆的有效能源密度最大呢?而且车辆自重还要低于纯电、燃油版?

混动车有很多分类,如电动机位置分为P0~P4,按电池燃油系统分串联、并联和混联,按能源占比分强-中-弱混动。

这些划分各有好处,这里只需要从部件自重这个角度去考虑。混动车的5个能源部件质量最低,就是最优的混动车。

因燃油的能量密度最大,我们必需要尽可以将燃油作为主要的能源。元EV535 百公里耗电13.5度。如果我们使用一个12KWe的增程系统。市面上的苏州达思灵12KWe的增程器(完整包含油箱、发电机、发动机)自重102KG。其中发电机和控制器重42KG。如果我们将元EV535原本的120KW动力或70kw,改为70KW电动机+15KWe发电电动机。那么车辆动力性能更好,发电机功能上得到分时复用。增加了减掉发电电动机质量后增程系统质量为60KG,设LY混动车为1430仍有60KG用来增加电池组,电量为9.6度。

在这样的情况。LY混动车整体质量与燃油车相当。其续航里程已经超过了元EV535。

当然我们仍可以将LY混动车重量增加到纯电版1650KG。那么电池电容量为44度。足够形式330公里。LY混动车的增程系统,一直放在车上。在这样的配置情况下,LY混动车使用35L油箱,其综合续航也比50L的元燃油版续航高。超过850公里

上面我们从混动车的能量配置,及储能相关部件轻量化的角度说明。LY混动车的增程系统是有效率的。

接下来我们还需要从增程系统的热效率上去说明。即便增程发动机热效率低于传统燃油的热效率。但在LY混动车上,小排量发动机仍然有优势。

我们知道中国大部分国土在北回归线以北,也就是说会有寒冷的冬天。冬天车辆必须要取暖,大排量燃油车的余热,给车辆供暖已经超过了车辆需求,而小排量的LY混动车,可以通过控制发动机的启停。调节合适的供暖。在所有的热电联产中,热效率可以高达60%以上,也就是说小排量的LY混动车在这样的应用场景下。效率远高出传统燃油,高了将近一倍。

此外,大排量的燃油车较小排量增程发动机效率高,是近百年不断工程优化的结果。也许,未来数年,小排量发动机的热效率也会随着不断优化而达到当前燃油车的效果,并且小排量增程发动机工作工况更稳定。其效率超过传统燃油车是可以期待的。

至于,LY混动车发动机的燃料问题,有人会说,石油总会耗尽。LY混动车有可能将交通消耗的石油总量降低到15%以内,根据BP公司能源年报,已探明石油储量按2018年消耗量将会在41年耗尽,一旦石油消耗总量降低到2018年的15%,石油就足够使用250年以上。这还没算上储量数倍于常规石油的页岩油储量。而使用生物质为原料、太阳能为能量源的光液技术成熟,将解决太阳能的储能问题,并使得甲醇、二甲醚的生产成本大幅降低。燃料的来源有足够多的保证。

LY混动车增程系统的STS(太阳能到服务人类生产生活solar to service)的有效效率更高。这才是LY混动车的增程发动机最大的优势,其应用场景有,白天使用聚光光热加热导热油到400℃,并存储起来。夜晚使用增程发电机、增程发动机及甲醇200℃热重整得到一氧化碳、氢气复合气体。燃烧发电,其太阳能净发电效率可以非常高。而且只是利用了LY混动车的闲置时间,成本也是非常低廉的。

基于以上分析,可以得出一个结论,LY混动车即便在当前技术条件下,因其带来整车轻量化贡献高,可以进行余热利用等等优点,LY混动车增程发动机即便在较低热效率的情况下。仍比纯电动车、传统燃油车更有效率。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号