2018年8月15日出版的《變頻器世界》里第46、47頁名為《一種改變當前能源結構的混動車結構原理》,及2018年9月15日,發(fā)改委學術期刊《中國戰(zhàn)略新興產業(yè)》里介紹的lightyear混動車結構。
圖一、雙電機lightyear混動車結構
Lightyear混動車,在前機艙不放置增程發(fā)動機的情況下,雙電機動力過剩。具備跑車的性能。
Lightyear混動車,在前機艙放置增程發(fā)動機的情況下,増程發(fā)動機的能量密度具有超越鋰硫固態(tài)電池的性能。而實現(xiàn)這些優(yōu)點的技術都成熟的。
下面以廣汽傳祺GS4 PHEV 的改良版GS4 LYEV,來說明如何實現(xiàn)這些優(yōu)點。
首先,我們從汽車之家查詢到的數(shù)據(jù)如下。
表1、三種配置下的主要參數(shù)對比,使用大于或小于的參數(shù)是估算值
GS4 LYEV是在GS4 PHEV 卸載燃油發(fā)動機、發(fā)電機及其附屬裝置的情況下在前軸安裝一臺22KW發(fā)電電動機。這是一臺直流無刷電動機。在外力的帶動下,直流無刷電動機變?yōu)橹绷靼l(fā)電機。所發(fā)電量直接接到后驅電機的變頻器直流母排,用來驅動后輪。當電量過剩時,變頻器逆向給電池充電。
由上表對比發(fā)現(xiàn)。當前的技術條件下lightyear結構已經(jīng)比燃油車更優(yōu)越、具備普及電動車的技術要求。
増程發(fā)動機系統(tǒng)的能量密度為什么已經(jīng)超過了鋰硫固態(tài)電池。
這里選取兩種規(guī)格的増程發(fā)動機,分別是20KWe和7KWe.
圖二、寶馬i3 增程發(fā)動機由摩托車改造來
20KWe 的發(fā)動機采用寶馬I3的增程器。無法查詢到增城系統(tǒng)的重量。根據(jù)相關數(shù)據(jù)在不含發(fā)電機的,20KWe増程發(fā)動機和35L92#汽油,及液冷系統(tǒng)總重量不會超過150kg。(根據(jù)摩托車總重估計)
而35L 92#汽油能量密度約12kwh/kg.鋰硫固態(tài)電池的理論比容量和理論比能量分別達1.672kwh/kg和2.6kwh/kg。而做成電池后最大能量密度不會達到理論值的40%。由此,增程發(fā)電機系統(tǒng)的能量密度為35L*汽油0.725kg/L*12kwh/kg÷150kg*0.3效率=0.6kwh/kg。4.5小時油箱汽油耗盡。接近目前實驗室的鋰硫固態(tài)電池能量密度。
采用直接風冷,換熱,電子渦輪等技術,效率提升為40%。整個增程系統(tǒng)不會超過100kg。得到增程系統(tǒng)的能量密度為1.2kwh/kg。遠比最佳的鋰硫固態(tài)電池要好。6小時汽油耗盡。
假定,電動車百公里時速,百公里耗電量為20kwh,電池組是20kwh。當平均車速超過100km/h時,消耗功率增加,電池內的電量得不到補充,假定耗電功率增加為原來的1.2倍。發(fā)電的電量完全用來驅動電機。5小時內電動車只能按照20kw功率驅動的最高速度行駛。如果巡航功率一直超20kw,電池電能得不到補充。電動車無法提速。
由此可知,電池組能量密度低,越少越好,增程發(fā)動機比功率越大越好,油箱儲量根據(jù)續(xù)航不低于500km來選擇。
最高發(fā)電機功率,適宜為大于或者等于百公里時速工況下的百公里電耗除以1小時。如選擇偏小會導致電池電量耗盡車輛無法提速。
為了增加增程系統(tǒng)的能量密度,選用小功率發(fā)電機,就需要增加電池容量。比如40kwh電量,百里電耗20kwh,發(fā)電機功率10kw。會出現(xiàn)電池電量耗盡。車輛無法提速的情況。這個時候需要停車,讓增程器發(fā)電補充電池組電量。
這樣能量密度的增程系統(tǒng),實現(xiàn)長續(xù)航。利用現(xiàn)有加油站的便利性,解決了充電難等問題。顯然,更重要的一點是lightyear使用了現(xiàn)有成熟的技術。而鋰硫固態(tài)電池還不懂猴年馬月才開發(fā)出來。
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