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增程器就像充電寶 助力新能源車續航

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年12月21日  

2018年12月7日-8日,以“創新驅動、技術引領”為主題的2018第六屆“汽車與環境”創新論壇在上海·安亭正式舉辦。本次論壇完整覆蓋汽車行業技術領域的研討,旨在進一步促進整車企業與零部件企業之間對技術發展趨勢的探討、加強汽車行業專家之間的交流互動、增強整車與零部件企業的交流、搭建合作平臺,通過活動促進汽車零部件產業創新轉型升級、打造更具競爭力的整零協同創新關系,助力實現向汽車強國的轉變。

大家好!每年我都很珍惜這個機會,剛才前面幾位老師已經講的非常仔細、非常具體了,我講的會稍微輕松一點。

首先是引言,今年新能源汽車達到120萬輛以上、2019年達到200萬輛大家沒什么意見,但是問題在哪呢?昨天有幾個專家講到了,整個乘用車銷量的負增長問題,講到未來還有可能會漲回來,但是從深層次想,我覺得未必,現在我們面臨著前有虎后有狼的境地。

一方面是前有虎,事實上共享汽車的發展大大降低了乘用車可能發展的期望,有人做過計算,說在紐約市中心曼哈頓島上,有六千輛優步就夠了。另外,如果將來開發出了一種所謂簡單的L3級別的自動駕駛車代替滴滴,那么我們只要有APP就可以把車招來了,人上去人可以自己開,到地方把門一關,自動駕駛車會自己找地方停車或者接下一單。這個事一旦成真,不需要出租車司機,用車成本大大降低,會對汽車銷量造成很大影響。

后有狼是什么?在廣大的農村地區,低速電動車火得不得了。有人講到路權,路權在很多情況下可以有變通。農村、甚至三四線城市,低速電動車會有很大的銷量。

總結起來就是剛才那句話,目前看來,以前乘用車每年百分之十幾的增長速度恐怕不會再有了。現在很多地方在盲目擴產能,特別很多地方在盲目擴張燃油車的產能,這都是有問題的。

第二個問題,從新能源汽車的銷量結構來看,純電動汽車還是占大部分,混合動力汽車的概念其實是兩套系統,這個成本會比較高。純電動汽車成本主要在電池上。有兩件事需要厘清,我們生活的樣本是什么樣?上海這個地方平均通勤里程一天來回大概三十公里,50%以上的人是50公里以下,80%以上是80公里以下,少數到了100公里或者200公里,所以在這樣的情況下純電動汽車用于通勤其實是一個挺好的東西。但是它的問題在哪里?純電動車最大的問題是萬一沒電了怎么辦?這就涉及到充電的問題,對電池來說壓力也挺大,每次都是從零開始充到滿,為什么要充到滿?因為不知道我要到哪里去,我很擔心。換個思路想這個問題,其實你需要的是一個充電寶,有了充電寶之后你并不需要天天充滿,我們可以在充電這件事情上有更大的容忍性。其實增程器就是個充電寶,這個在電動車的推廣上有非常大的空間。

接下來我講電池,我覺得電池系統能源密度和充電短期內看不到徹底解決辦法。還有說500公里要用50度電,5千瓦充電機要充10個鐘頭,一個鐘頭充滿要50千瓦充電機,燃油車加油是什么概念?我們開車到加油站去,如果前面有三輛車,我就換個加油站。我希望三分鐘加滿。如果這樣,充50度電,充電樁要一千千瓦,一千千瓦的充電樁多少錢呢?搞個充電站,十個充電樁,有一萬千瓦,上海能布多少個?快充是一個看起來很美的概念,但是大家都快充,電力系統怎么辦?同時快充本身對電池本身的損害很大。長遠看來,城市物流車輛的電動化趨勢不可逆轉,肯定替代燃料車。物流車輛是生產工具,如果續航里程不夠,肯定要使用快充,充的結果就是這個電池壞的很快,如果是家用車也許沒那么大的要求。

解決這個問題有兩個方向,一個方向就是,在電池沒有解決之前,我們有十年、二十年機會去做,從P0電機到P1電機、P2電機、P3電機等等。但是不管是哪個系統,其硬件、控制方面看起來都比較復雜,這個復雜一方面帶來成本,另一方面就是整個制造技術要跟得上。串聯混合性動力系統是將來的發展趨勢,我相信有一天電池的問題是可以解決的,在解決之前我們可能需要接受整車的重量、體積以及電機的成本。

從長遠來看,燃料電池也是增程器,其實并沒有所謂的燃料電池車,燃料電池是電池的一部分,就是使用燃料電池的電動車。燃料電池很貴的,一般的車在高速開的是二十五千瓦,我們買的車峰值功率大概是一百多千瓦,一百多千瓦的燃料電池和二十五千瓦的燃料電池顯然不是一個價錢,現在也沒有可能性實現大規模應用。

所以要解決增程器的問題有三個措施:第一就是電動車有了增程器,油耗怎么算?理論是很簡單的,三百公里的電車,加滿油可以開六百公里,哪怕增程器的油耗是百公里10L,平均算起來也是增程電動車的油耗是5升;第二個,既然有三百公里的行駛里程,那么在使用期間內,有多大的可能去點燃增程器呢?可能10%或者更少;這樣平均使用油耗豈不是0.5L/百公里?多好!第三,使用增程器一定會費油?不會,為什么呢?不管是國外還是國內的某些企業,裝了增程器的感覺都不好,當其實根本原因在于,我們拿了一臺現有的、可變工況的發動機裝在電動機上面,然后就說它是增程器發動機,這樣效率不可能做高,成本也不可能做下來。

這是另外一個研究方向,這個工況就是小工況區域、極小體積、極高效率、極低成本的。舉個例子來講,豐田現在最高做到42%,有柴油機做到50%了,從發動機出來經過發電機、電動機到輪子,這部分損失10%,其實50%乘以0.9等于45%,還是比豐田最高的工作點42%高。就算點了增程器,總的損耗也不見得比燃油車高,為什么?因為電動車在城里開時,電動車的整個油耗和電耗比燃油車好多了。但是問題在哪里呢?前兩天某品牌車上高速后相關的問題就爆出來了,這么大的車、這么大的阻力,所有的電耗直線上升,續駛里程大大縮水,怎么辦?平均25千瓦的功率,搞一個24千瓦的增程器,上高速就點著,保證整個油耗比燃油車還低。因為用的是專門針對24千瓦開發的增程器發動機,相比把100、200千瓦的發動機,運行在24千瓦的工況,效率顯然不可同日而語。同時還要平均耗電1度,50度電可以開50個小時,還有什么續駛里程問題?

另一個是發電機的問題,發電機效率現在可以做到97%,下一步可以到98%,能不能做到99%?沒有把握,但可能存在。再一個是微型燃氣輪機,速度可以轉到5萬轉、6萬轉。微型燃氣輪機技術并不是汽車搞的,但現在國內有些公司汽車渦輪增壓器搞得很好,所以就推動了這個可能性。現在又搞電動的,這是一個電動的渦輪增壓器。反過來也就是微型燃氣輪機發電機,這個技術是成熟的,而且成本也不見得很高,電動增壓器成本不太高,增程器就比較好解決,解決了增程器才可以解決能源問題,解決了增程器問題才能說車的動力系統將來會有各種各樣的發展。

扁線電機方面其實帶來幾個可能性,一個是提高效率,現在扁線電機確實是降低了電阻,但在這個上面,國外企業和中國企業做事不一樣。國外企業一開始就說好合作,供應商把生產線設備鋪下來,我肯定就賣給你,我不會找別人。中國企業則不同,中國企業找一個企業合作時,就問有沒有現成的扁線電機?拿過來我看看。供應商試投了幾千萬的設備后,搞出扁線電機了,對方說這個電機太長了,回去要改全部的模具。然后說別家的性能好一點,就不跟你玩了,你的設備就白投了,所以沒有辦法做。

另外,我們講理想美好的,現實很骨感,投下去之后,訂單不足,怎么辦?所以自動化是好事,但不是萬能的。目前的扁線電機基本上每個槽是半封閉的口,把線圈插進去,像左下角一樣,然后焊起來,在焊接的過程當中需要很多設備。退一步半自動化,我可以開一個槽,這個繞組不是插進去,而是放進去,這樣繞組就可以做成波繞組,波繞組是連續的就不需要焊了。這也是扁線電機方面可能的發展。

現在回到分布式系統,為什么要提出分布?如果就是要按集中驅動的東西,肯定是最快的。分布式不一樣,有各種各樣的路況要考慮,現在我們知道車多重和輪子上的摩擦極限在哪里,能夠產生最大的轉矩是多少,這就是分布的問題。如果分布了,適應性比較。機器人也是這個分布概念。剛才談到小車1000牛米、1500就夠了,大型車輛轉矩要求就增加了,不同車輛和不同的加速系統,以及不同的控制系統,對于軸轉矩要求是不一樣的。這個大車要把一個機械系統動力分配在八個輪子上是很困難的事情,但電機分別控制就可能性更高了。另外小型車,小型車的空間非常緊湊,如果發動機放在輪子上整個駕乘感受好、駕駛空間會很大,這也是分布系統的好處。

去年也有專家談過,輪轂電機用到乘用車上面估計十年都沒有希望,但用到大型專用車輛和小型車輛上是可以。現在有人說輪轂電機貴,但在電動兩輪車領域,輪轂電機和中置電機就有各自的優勢。大家都很清楚,輪轂電機最大的可能性、最大的好處,一個是改善車輛的運動控制系統,使它能夠提升加速性,提升路面安全性。另外一方面,對主機廠來講,輪轂電機系統材料成本也會增加,但整車裝配成本會減少,這是一個標準問題。

其實國內對輪轂電機給予了很大的興趣,我大致找了一下公開發表的信息。近幾年來,大家對輪轂電機都很重視,覺得這是一個方向。在乘用車方面很快應用,還沒有看到很明確的可能性。但在專用車輛上很快,比如郵局的車輛、還有低地板公交。輪轂電機應用更大的是兩端,一個是專用大型車輛,一個是極小型的車輛。輪轂電機也許顛簸很厲害,需要有高性能的懸掛解決方案。

比較一下Elaphe輪轂電機技術,這些指標其實并不是很細,中間有一個23kg、700Nm轉矩,國內2014年的時候已經做到,這個是大家都知道的。Protean是業界的領頭羊,實際上在我個人看來,Protean完成了所有測試,已經達到了標準,但現在問題是沒有人敢吃螃蟹,沒有哪一個主機廠敢用,都等著別人先用,實際上他的系統已經很好了。

各種樣機的特點都有,從電機的角度來講有兩個方案:一個方案是直接驅動,這種成本比較高,電機比較大;第二個是電機轉速很高,電機體積比較小,需要減速,成本比較低。左邊這個是一個電機和減速器,相當于把一個電機和變速箱整個放到輪子里面去,它的可靠性可能是問題。

對于輪轂電機,事實上我們應該跳出傳統的桶式電機結構。最近研究表明,有一些盤式電機的結構,這不是新的結構,盤式電機不是一個新的東西,只不過剛出來的時候,其他的技術比如說支撐技術、軸承技術,不夠支撐它們的應用,所以覺得可靠性會有問題,這幾年我們發現很多支撐技術和軸承,其實也可以做的很可靠,這樣的話盤式電機這些電機結構有前途,第一,它的轉矩很大。所以盤式電機可以比桶式電機轉矩高一些,這是一點。另外一點是損耗,電機面臨最大的問題是輕載高速,但是盤式電機可以做到鐵損耗非常小,甚至有的可以做到沒有鐵損耗,這是電機發展可能要看的方向。

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