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即刻放棄氫燃料電池和純電動汽車

放大字體??縮小字體 發布日期:2019-09-23 16:06:16 ??來源:新能源汽車網??編輯:全球新能源汽車網??瀏覽次數:1104
核心提示:2019年09月23日關于即刻放棄氫燃料電池和純電動汽車的最新消息:放棄氫燃料電池、純電動汽車,選擇正確的新能源車輛技術方向。當前圍繞太陽能利用發生一系列技術變革,屬于能源革命的一小部分。而新能源車輛也屬于能源革命里很小一部分。這些能源技術變革是有
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放棄氫燃料電池純電動汽車,選擇正確的新能源車輛技術方向。

當前圍繞太陽能利用發生一系列技術變革,屬于能源革命的一小部分。而新能源車輛也屬于能源革命里很小一部分。這些能源技術變革是有規律可循的。下面從技術發生變革的領域和技術路線的評判標準兩個角度去闡述能源技術變革規律。

當前能源革命主要技術變革發生在三個領域,分別是:

1)能源的來源。

2)能源的存儲。

3)可移動能源應用。

三個技術領域看起來相近、創新點相同,但實際上三個領域的突破口完全不一樣。

能源的來源只有太陽、利用太陽能的最有效方式是直接熱利用和光伏發電。限于太陽能單位面積密度低,如何提高能源來源密度、分布式應用能源和提高能源轉換效率是解決能源來源的有效辦法。

能源的存儲是解決太陽能間歇性的唯一辦法,能源存儲的方式非常多。最有效的是電化學存儲,但其成本昂貴,大自然已經實現了太陽能的有效存儲。比如水電和生物質的存儲能量是巨大的。如何低廉地獲得水電和生物質的能量,是解決能源存儲問題有效辦法。

可移動能源的應用目前占據人類掌握能源的20~40%。未來將會占據一半以上。比較常見可移動能源應用場景是交通出行、移動式人工智能工具和未來的星際往返。

新能源車輛是可移動能源是能源技術變革中先鋒部隊。如何發展新能源車輛目前還存在很多爭議,混合動力?純電動?氫能源等等百家爭鳴,敗家已現。

這些技術路線爭吵了了幾十年、實踐了上百年。到目前仍未能有一個從中勝出,人們只能選擇化石能源。在未來這些已經存在的技術路線都會敗給創新出來的新技術路線。

存不存在一種能源利用方式是最優的呢?比如新能源車輛的最優方式?

我們在做選擇的時候,必須找到合適的價值觀及評判標準。就如年輕人談戀愛首先考慮"三觀合"再考慮"性情投"。

什么樣的太陽能利用方式才是最好的呢?如何評價?

借助"WTW"油井到車輛的概念,有"STS"即"solar to service"太陽能到服務人生產生活的效率。

這個效率有三類:

第一類效率是"STS"的能源轉換效率,如光伏發電效率,電機效率等。

第二類效率是"STS"的經濟效率,即單位能源成本。如度電成本,燃油燃油價格等。

第三類是"STS"能源轉換裝置成本效率,即單位能源的轉換成本,如家里煮飯的電飯煲成本,電動化車輛購置成本。

這三種類效率是用來判斷太陽能應用技術路線好壞的客觀標準。

按照這樣的三類效率。我們可以設計一種最優的技術路線。其中一種比較有可能實現的是"N電機雙電壓、短途純電長途增程"。實現方式如下。

先看一個典型的車輛能源需求曲線

圖 1 車輛能量需求,能量變換能力示意圖

從圖1知道車輛能量需求是變動的,其瞬時值有正有負。車輛的能量變換能力也是變動的,波動非常劇烈。速度是能源供給和能量變換能力共同作用的結果。由推進功率曲線圖知道能量制動饋能甚至會比整個車輛輸出功率大。比如高速下陡坡急剎車的情況下。

基于上面的情況,可以得到一個認識。電驅動車輛的最佳能源利用方式是能源處理能力跟能源需求匹配。

車輛的能源處理能力最主要的指標是功率,性能較好的車輛其能源處理能力通常是能源需求的十倍左右。如平均功率10KW,而車載功率通常會是100KW以上。、

48V電驅系統當前主要用于輕混或超微型車輛。從能源利用角度來說。48V電驅系統通常單電機驅動長時間的功率15KW以內。雙軸驅動功率30KW以內。也就是說在不考慮因速度瞬時大幅波動的提速制度能源需求的情況下。48V電驅系統能夠滿足所有乘用車的需求。

如果讓48V電驅系統作為主要能源供給方式。可以通過提升48V系統的效率,如提升驅動器效率,電機效率,傳動效率等等。在車輛行駛過程中,如果48V驅動系統的整體效率非常高。而整個車輛能源大部分都是48V電驅系統提供的(在制動饋能足夠情況下,可100%由48V系統提供),這樣就保證了整車能源利用效率非常高。而48V系統成本較高壓要低一些,其提高效率的成本同樣也會很低。

如果一輛車上有1個電機,可以通過星三角變換實現雙電壓等級,低壓為48V,高壓為144V的電池系統。如果一輛車上有多個電機,可以分電機實現不同電壓等級的驅動系統。比如低壓48V,高壓520V的電池系統。盡管這樣的設計有差別,但其設計出發點都是以能源優化控制優先。單電機是為了更低成本,多電機是為了更高效、更優性能。但這二者低電壓都是48V直流/33V交流。

這樣做的好處是什么呢?如下面七點。

1 低壓48V電池組足夠安全,可以讓車主自行換電。

2 低壓48V電池組車載電容量是可變的,為可以為100~400公里純電里程電量。高壓電池組固定為160公里純電里程電量。每次出行按需配電。

3 高壓電池組選用高功率比電池,制動饋能回收和瞬間釋放,快充其性能更好。

4 雙電壓系統相當于雙電源。當高低壓電池組其中一個發生過載或電池故障,立即切斷該電池組供電,電池不會崩潰。車輛行駛不受影響。

5 出行需要補能的時候,可以快充、換電。當電池電量耗盡,選擇快充,或者48V電池組換電。或者高壓電池組快充、48V低壓換電同時進行。最快15分鐘內完成補能。接近加油的便利性。

6 48V低壓電池組使用更小倍率充放電,車輛能源主要由低壓提供。相當于改善了電池組工況,延長了電池使用壽命。

7 通常,高壓電池組作為固定在車上的,而低壓電池組是有車主選購。也就是說車主最低只需要購買160公里純電續航里程的電池。當長距離出行時,車主通過租用48V低壓電池組。這樣降低了車主購車成本。當然車主也可以選擇100~400公里電量的48V低壓電池組,車主可以按需自行選擇配置。

圖2 手指直接短接48V電池組正負輸出端,不會發生觸電。車主可以自行換電。

雙電壓系統可以實現換電模式,比如車主甲花10萬購買一輛n電機雙電壓系統電動車,車載160公里續航電池組為高壓電池組,不可拆卸。有200公里可拆卸48V電池組。每天如果車主出行需求在100公里以內。只需要將電池組分成兩套,白天用太陽能發電存儲到100公里電池組,第二天換到電動車上。換下來的電池組繼續在白天儲存太陽能光伏的電量。如此反復。當然,電池組電量也可以是100~400公里的續航里程量。

這樣呢,太陽能光伏發電的上網電價,就是電動車度電成本了。而車主換電的時間成本不超過10分鐘。

而大規模光伏電站,全球太陽能光伏的上網電價在最低已經低于0.2元,這還是包含了光伏逆變的成本,如果采用光伏發電直充48V低壓換電系統,那么其度電成本會低于0.2元。家庭屋頂光伏,不占地不上稅。即便按照當前5~11元/瓦的投資成本,度電1元計算。家庭光伏發電直充48V低壓換電。其經濟效應仍舊很可觀。

但是當前電池系統的能量密度在120~300WH/KG。換電模式量變到質變的奇點還沒到來。如果單個換電電池單體能力密度達到330WH/KG。也就是1度電3公斤左右。即便按百公里耗電最高20度。其重量也不過60公斤。成人只需要將兩個30公斤48V換電電池單體搬運上下車。加上高壓電池組的續航。換電系統基本滿足日常出行。

當車主需要去更遠的路程,需要考慮增程模式。N電機雙電壓系統中,兩個及以上的電機,可以分一個出來作為間歇增程的模式,使用較小的發動機增程。其能源密度可以高達5KWH/KG(液化甲烷,柴油高效發動機)較小的能源密度也有1.6~2.2KWH/KG(甲醇、乙醇等液態陽光燃料)。為什么必須要用增程模式?換電需要固定的場所,電池有使用壽命等限制。太陽能的存儲方式中,液體燃料存儲有效是數年,數億年(如石油)。而化學電池不能,此外液態燃料高能量密度、高功率釋放等特性非常適合長途出行。

這里說的"N電機雙電壓、短途純電長途增程"不只是適用于乘用車的小轎車,也適用于跑長途的大貨車、卡車。同樣也適用于輪船、以及尚未電氣化的火車貨運線路(青藏線)。

為了讓讀者能夠明白這個"N電機雙電壓、短途純電長途增程"的好處。下面舉例說明:

以比亞迪 e2車型為例。這是一輛緊湊型電動車,其價格低于飛度、polo等小型車,駕乘感也要比飛度、polo好。但e2,存在里程焦慮及充電難等問題。如果將e2改為"雙電機雙電壓、短途純電長途增程"那么只需要購買160公里高壓電池續航。也就是20度電左右的功率版電池。在這樣的配置下e2售價按低配版不變仍為9萬。車主平常出行大部分時間會低于160公里。如果超過160~300公里。只需中途快充一次即可。

出行需求在300公里以上,采用48V換電方式一次補充20~40度電池。其換電電池續航可達160~320公里以上。總續航在320~480公里。如果出行距離更遠可以考慮搭載車載可以拆卸增程系統,增程系統100公斤的增程系統,發電電量可以超過160度(按甲醇40%效率計算,燃料約73公斤,發動機燃料箱27公斤)。加上原有車載電池組,其綜合續航超過1500公里。

這樣的系統,車載電池度電成本為家用電成本,甲醇發電度電成本也比燃油車低。如果車載電量來自太陽,當前光伏發電最高量產IBC電池高達25%以上,48V系統為直充(95%以上),高壓電池為快充(85~95%)。電機效率(85~95%)及傳動效率(85~95%)等因素。太陽能STS能源變換效率48V最高超過20%以上(這個效率比燃油車處于低效工況的燃油效率還要高,相當于相同熱值陽光等于燃油)。最低也不會低于61%。故48V換電系統會是太陽能STS最有效率的系統。太陽能和生物質制甲醇的效率仍然很高。相關論述內容非常多,可以查看本自媒體內容。

現在回到本文的主題。當前發展的氫能源技術路線就是脫褲子放屁的做法,氫能源不只是不安全,其STS三個效率都很低。純電動車長里程電動車同樣是其STS三個效率低不適合發展。

本文中舉例的"N電機雙電壓、短途純電長途增程"只是一種客觀存在的可能比氫燃料電池、純電動汽車更優的技術路線。但還不是最優的。各位讀者可以根據自己的聰明才智思考一下氫燃料電池、純電動汽車的技術路線存在如此多的缺點,你該如何改進新能源車輛技術路線?

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關鍵詞: 電池 太陽能 新能源汽車 電動汽車 能源效率 氫燃料電池汽車 能源 電池組 電機 燃料電池 燃料電池汽車


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