新能源车技术发展遵循什么规律?
新能源车发展则由普通民众高度参与,技术路线的演化、车型的更新迭代都是由消费者说了算。
设定一个标准是借助“油井-车轮”(WTW)效率理念。提出“STS”即solar to service。即太阳能转换为服务人们生产生活的有用功。STS的包含了多个维度的评价,选择最重要的5个:整体系统太阳能转换效率、整体系统太阳能利用总量,单位能源(千瓦时)成本,单位能源利用装置成本,被服务用户感受。
利用两个工程算法优化。这两个工程算法是自动控制原理中的:PID调节和(遗传算法/最短路径/旅行售货员问题)。
PID调节的应用:粗糙数学建模,连续输入输出的系统中。而(遗传算法/最短路径/旅行售货员问题)多是利用在迭代优化,离散系统。
为了简化篇幅,将系统简化。新能源电动车只关注单位能源(千瓦时)成本,单位能源装置成本和能源转换效率。
基于这两种工程算法下优化,需要很多实际的工程参数。而这些工程实例数据很难收集。本文中的优化得到的结果不一定正确。
只是想通过科技树的选择,是有科学可行的方法。
采用(遗传算法/最短路径/旅行售货员问题)归纳出来的多维矩阵数学方法去思考载人车辆的迭代。
约1770年,第一辆自行式蒸汽动力三轮车到今天普及的电动车,其迭代的可以划分为
第一代:外燃机式蒸汽机车,1770~1807年。
第二代:内燃机车,1807年开始。
第三代:电动车,1881年开始。
这三种技术是车辆科技树的三个分支,不同的分支有不同的技术演变路径。但这三种路径都遵循相同三个指标。单位动力来源(煤炭、石油天然气和电能)的经济性,能源转换效率和单位能源转换装置。
折算成今天的电动车就是:充电价格、电能转换效率和电动车价格。这是从遗传算法中找寻到适应景观/适应度函数,而电动车的遗传算法相比自然进化简单太多了。找到车辆迭代规律后,从多维景观直接转换为二维平面,类似地图上寻找最短路径。我们将太阳光作为输入条件,车辆输出地面摩檫力作为服务人的最优解。
在单位动力来源中,电力来源以千瓦时(度电)来计算,太阳光发电转换成电能效率在20~25%,度电成本在0.1~0.65元。而电动车充电价格还要考虑充电功率、场景。电动机对电能的转换效率普遍在90%以上。
毫无疑问,纯电动车在光伏发电直充、车载大电池这个技术路线是最优的。
在太阳光转换所有方式中,效率叠加成本的最优路径是光伏,效率范围25~40%,电动机是电能转换为摩檫力的最好路径效率高达90~97%。
可见最优技术路径的头尾都已经确定了,没有中间环节就是最优路径。
而储能补能(充电、加油)才是迫切需要解决的问题。
现在还没有人知道,什么才是最优的储能补能技术路径。但是,可以知道储能补能最优路径的竞争对手。储能竞争对象是光伏,就是太阳光。如果第二天有了太阳照射,就不需要储能。补能竞争对手是燃油车的加油,如果新能源车的补能方式没有比不上去加油站那样便利,就会被适应度函数淘汰掉。
如此思考,让车辆前进的摩檫力来自电动机,电动机必须要电能。
电能的来源只有三种发电机、光伏和电化学电池。电化学电池只有增大车载电池,光伏则是死路一条不可能存储光。
也就是发电机是唯一一条路,发电机前一级是机械能。机械能的前一级可以是水力、风力、蒸汽轮机、内燃机和电动机。此5种技术路径中,每一种都是有可能的。
然后,我们代入实际生产的车辆中,靠机械能充电有没有可能?以100KW的发电机作为给车载电池充电,续航500公里电动车电池约75度。考虑充电不是均匀的充满也要约1小时左右。如此,内燃机才是5个路径中,可以在补能竞争中胜出的唯一路径。
回到具体的新能源汽车技术迭代中。光伏发电+电池+内燃机+发电机组合的技术路线为混动车。这是可以用数学函数建立具体确定的数学模型的系统。但很多时候模型的参数是变动,作为一个演化的技术线路过程数学模型,则需要用到自动控制原理中PID调节。
在没有建立确定的函数时,也可以通过调节PID三个系统作为优化系统的措施。在确定的车辆中电池容量大小、发电机功率是比例因子,值越大系统效率输出越好,但能源装置成本增加,所以需要在比例找到一个确定的值。(不同的技术成熟程度,这个数值是不同的,按当前这个最优值:发电功率>平均功率,电池续航里程>90%出行需求。)
每个层级的效率系统,也是一个比例因子,需要减少层级。比如电能直接电解二氧化碳、水合成甲醇是最优方式。发电电动机的分时复用减少了一个层级,让装置成本减少。
而充电时间对系统效率来说是积分因子,增程发电时机则会减少系统效率。
这些工程优化实际上是很繁琐的,并且消费者的需求多样化。
为什么不把车辆的这些参数交给消费者?
比如我们设计一辆增程混动车,15Kwe的发电电动机功率+200公里纯电续航。在此基础上消费者可以自主地选择纯电续航200~500公里,选择要不要燃油内燃机。
也就是说,这样一款产品,可以满足纯电动车的客户需求,也能满足作为增程汽车使用的客户需求。作为纯电动车,可以应急租用燃油内燃机增程发电。作为增程车90%出行需求使用了廉价的光伏电力。
□大河报·大河客户端记者?祁驿
10月27日,在2020中国汽车工程学会年会暨展览会上,中国工程院院士、中国汽车工程学会理事长、清华大学教授李骏院士宣布,2.0版《节能与新能源汽车技术路线图》正式发布。
来源:2020中国汽车工程学会年会暨展览会视频截图
其中,他提出至2035年,我国节能汽车与新能源汽车年销量将各占一半,传统能源动力乘用车将全部转为混合动力,从而实现汽车产业的全面电动化转型。其中,针对纯电动和插电式混合动力汽车,2.0版技术路线图指出,至2035年,我国将形成自主且完整的产业链,自主品牌纯电动和插电式混合动力汽车产品技术水平将与国际同步,新能源汽车占汽车总销量50%以上,纯电动则将占到新能源汽车的95%以上。
2030年-2035年,将实现氢能及燃料电池汽车的大规模推广应用,燃料电池汽车保有量也将达到100万辆左右,并将完全掌握燃料电池核心关键技术,建立完备的燃料电池材料、部件、系统的制备与生产产业链。
智能网联方面,至2035年,各类网联式高度自动驾驶车辆将在国内广泛运行,中国方案智能网联汽车与智慧能源、智能交通、智慧城市深度融合。具体来看,2025年HA级智能网联汽车将开始进入市场;2030年,实现HA级智能网联汽车在高速公路广泛应用,在部分城市道路规划应用;2035年,HA、FA级智能网联车辆具备与其他交通参与者间的网联协同决策与控制能力,各类网联式自动驾驶车辆将广泛运行于中国广大地区。
难道说到2035年路上就见不到燃油车,厂家也不给产销燃油车了吗?
答案99%以上是不会的。
首先,这个技术路线图,是给有关部门制定政策作为参考依据用的,它提出的,都是一些美好而远大的目标,并不是政策本身。
如果你看过技术路线图1.0版本,然后对照执行结果你就能发现理想和现实之间差距还是很大的。
其次,即便这些目标变成了政策,距离2035年不是还有15年吗,一台车你能开15年不换吗?
按照现在大家换车的频率,我觉得15年可能已经换过三轮了吧,所以这两年您买车还是可以随心所欲的。
所以,对于消费者来说,该买的买,该换的换,技术路线不是政策。
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