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电池车、燃油车、混动车谁将胜出?交通能源的能量密度误区解读

2019-04-08 11:12
lightyear
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摘要:

A  一直以来,人们对车载能源能量密度存在认识误区,本文首次提出了有效能量密度和补能才是评价交通能源好坏的首要指标。

B  LY混动车的有效能量密度高于燃油车,纯电池车。补能方式(即加油、充电、加气、换电池等方式)也优于燃油车。

能源的能量密度这个话题很大。本文仅讨论车载交通能源(电池、汽油),常用车载能源通常有两个能量密度单位。能量质量比即(KWH/KG)和能量体积比(KWH/L)。

本文以较轻松的科普文章方式讲述一种教科书、课本上从不说过的常识,以便消除人们对车载能源的认识误区。

我们先看一下电池和汽油的能量密度。

电池车、燃油车、混动车谁将胜出?交通能源的能量密度误区

图 1 常见电池能量密度

图一是当前成熟的锂电池技术及未来五年的发展趋势。可以看出锂电池能量密度在0.1~0.3KWH/KG。而汽油的能量密度在12KWH/KG以上。能量质量比密度差距如此之大。

为什么锂电池还将会来势汹汹地取代汽油能?

这就不得不指出人们对能源密度的误区了,人们往往觉得电池和汽油的能量密度就是车载能源的能量密度。这是一个非常错误的想法。

交通工具单次补能从A地点到B地点。所耗费的能量,除以整车空载质量成为称为有效能量密度。交通工具单次补能从A地点到B地点。所剩余在车上的能量,除以整车空载质量称为备用能量密度。这是本文首先提出的一个观点。

通过举例说明。以大多数车主每天里程不到100公里为例,一辆1.5吨的小车。电池车百公里电耗18度,燃油车百公里耗油7L。混动车的电耗可以是0~18度,油耗0~7L(或稍高于7L)。由此得到有效能量密度:电池车0.012KWH/KG。燃油车0.0168KWH/KG。混动车在两者之间或稍高。(当前技术水平,电池车、油车都能做到1.5吨,油耗跟假设相近,这个假设只是让人们认识到电池车、燃油车的能量密度差距并没有通常认为那么大)。

在再次补能之前,车辆上还剩余的电量、汽油。不同车辆、不同情况是相差很大的。备用能量密度决定了B地点返回A地点或去往C地点的能力。

有效能量密度是决定交通工具能走多远的参数。备用能量密度则是决定了再次补能的前的还能走多远。

通常,同等技术条件下扣除电池、汽油的车辆质量相差不大。所以人们讨论交通工具的能量密度往往只说电池、汽油的能量密度。如果单是汽油车、电池车各自的比较。这样的比较是合适。但当电池车、燃油车和混动车三者之间比较,单单比较电池能量密度、汽油能量密度就是错误的了。这个错误使得人们一直无法正确选择汽车发展的最佳方式。

当前的技术水平,电池车、燃油车、混动车都存在于市场,进行着激烈的角逐,都想成为未来的主流。那么哪一种车才是真正的主流选择呢?

本文从有效能量密度、备用能量密度、功率能量密度和补能方式这四个角度出发讨论LY混动车才是最佳的,才会是未来汽车的主流。

我们先看补能方式。

A加油:有非常完整产业模式,加油站数量非常多。加油便利性、价格都能被接受。

B 充电:充电桩数量短缺,快充慢充都的时间都还非常长。需要停车、占停车位。

C加气: 加气站数量比加油站少,成本低于加油。便利性好过充电。

D 换电:达到加油一般的效果,成本也较有优势。但局限部分地域范围。人力成本高。

其他补能方式、如让人笑掉大牙“奶妈充电车”,车辆后边跟着个小挂车等等都是非主流,也不会有发展。

此外、还有一种新的补能模式,那就是LY混动车的换增程系统、也称换移动充电桩。LY混动车还可以使用充电方式补能、或加油方式补能。是根据实际场景选择。这是LY混动车补能方式的优势,既可以利用已有加油网络、加油方式的便捷。也可以选择充电的低电价。也就是LY混动车的补能方式是集加油、充电优点于一身的新补能方式。

对于电池车、燃油车和混动车的各自的有效能量密度、功率密度和备用能量密度。都是缺乏可靠数据的。也无法使用准确的数学表达、更不能通过举例说明。目前只能通过简单的定性比较去理解LY混动车的优势。

首先,功率密度、体积密度在当前技术水平下,没有决定性影响。

因不同车辆的制造工艺、配置的不相同。为了说明LY混动车的有效能量密度更好,仍需要脱离了车辆来说明这个事情。我们知道电池的能量密度是0.1~0.3KWH/KG,汽油能量密度是12x(η)KWH/KG。(η为燃油有效折算值)

当A地点到B地点。车辆耗能有效功是一样的。假设为y 度电。设定电池车除电池外的质量为m1,电池质量为x1。燃油车除汽油外的质量为m2,汽油质量为x2。当两者里程相等且备用质量密度为0时,那么当m1≧m2的情况下。电池车是无法超有燃油车的。

当m1<m2。在m1+x1=m2+x2时。车辆空载质量相等,车辆从A地点到B地点耗能也相等。在知道m1,和m2的情况下。这是一个二元一次方程,可以计算出x1、x2的值。也就是说电池车与燃油车的有效能量密度只跟两个因素有关,扣除电池、燃油后的车体重量、还有A地点到B地点的耗能总量、油耗折算系数(即燃油效率)。并且这些因素相关都是成比例关系的。

当m1<m2。车辆空载质量不相等的情况,为了使得电动车有效能量密度不低于燃油车。X1=(m2-m1+x2),得到电量就(0.1~0.3)*(m2-m1+x2)。这样可以计算出纯电车的优势续航里程。

而通过实际车辆情况,告诉我们如果电池电量非常少只有个几十公里的时候。电动车是更有优势的。也就是说电动车在短途出行的情况下有效能量密度更高。

我们以最新的比亚迪元纯电版、燃油版为例说明。当前技术下,纯电已经在短途出行优于燃油车。

电池车、燃油车、混动车谁将胜出?交通能源的能量密度误区

图 2 比亚迪纯电元 EV535

电池车、燃油车、混动车谁将胜出?交通能源的能量密度误区

表1 比亚迪纯电元 EV535与燃油车顶配性能比较

我们只能假设元EV535与顶配燃油版配置、动力等近似相同。

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。也就是说当m1+x1=m2+x2时。电池重量为20KG,电池为3.2度。续航里程为约25公里。

由此可见,在当前整车技术水平,25公里出行需求的情况,电动车的有效能量密度已经与燃油车相当。低于25公里的出行需求,电动车已经由于燃油车。

电动车、与燃油车最大的差距在备用能源密度上。也就是续航里程上。如果将比亚迪元改为纯电续航160KM,增程发动机系统发电能力10KWe。那么有电池电量22度(按工信部元EV535百公里电耗13.3度,实际会更低)。电池重量138KG。增程系统油箱容积35L。

这样的配置LY混动车元,可以将有效能量密度、备用能量密度都由于元EV535、元燃油版。这是因为纯电续航是利用了电池车短途有效能量密度高的优势,而长途出行需求因最增程系统轻量化后,得到纯电+增程系统的整体能量密度高于传统燃油。而且LY混动车的补能方式可以集中电池车、燃油车各自的优点。

此外还要看一个造车成本、用车成本。续航160KM的LY混动车元。扣除30度车载电量,按1000元每度电池成本计算。成本节约3万。可以直接在11.69万售价减去3万得到LY混动车元的售价是8.69万。售价将低于传统燃油车。如果将油电差价计入用车成本,生命周期内LY混动车元的经济价值将更高。

结论:

由以上分析,在当前技术水平下,LY混动车已经完胜纯电动车、燃油车。LY混动车将会在交通出行的技术中胜出,成为主流的车辆结构方式。

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。

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