Main - andrei.krutsko.com / Blog / Forum / Про самое главное и часто спрашиваемое / Поддержать проект
Авто, Теория ДВС
by andrei@krutsko.com


https://youtu.be/GeySyoar_XE



Энергоемкость одного килограмма топлива типа АИ95 или аналогичного находится на уровне 46 МДж/кг, 32,7 МДж/литр или 12.7 кВт*ч/кг.

Современные ДВС работают по циклу миллера-аткинсона. КПД сильно поднят и составляет около ~35% (до 38%). Приведенная ко входу трансмиссии энергетическая емкость топлива составит 4.44 кВт*ч/кг.

Tesla Model S использует пальчиковые LiFePo аккумуляторы Panasonic 18650, установленные в количестве 7104 шт. в каждом батарейном 85 кВт*ч блоке. Весит он порядка 540 кг. Энергоемкость 0.157 кВт*ч/кг для блока батарей и 0.113 кВт*ч/кг приведенные ко входу трансмиссии.

4.44 кВт*ч/кг для бензина и 0.113 кВт*ч/кг для батареи. Разница приведенной удельной энергоемкости более чем в 35 раз (!!!) в пользу ДВС!

Эквивалентом 50-литровому бензобаку является батарея массой около 1780 кг!

В 50 л бензобаке находится приведенной энергии (с учетом КПД двигателя) на трансмиссии около 169 кВт*ч. (32.7 МДж * 50 л * 0.35 / 3.6 = 159 кВт*ч, где 32.7 МДж - энергоемкость 1 л бензина АИ-95, или 46МДж/кг)

Тесла утверждает, что КПД электродвигателя порядка 80%. В электромобиле Tesla Model S с батареей 85 кВТ*ч к трансмиссии подводится 85 кВт*ч * 0.9 * 0.8 = 61.2 кВт*ч, а в более доступном Nissan LEAF 30 кВт*ч * 0.9 * 0.8 = 21.6 кВт*ч.
Итого бензин на баке 50л(36кг) 169 кВт*ч, тесла при весе батарей 540кг - 61.2 кВт*ч, лиф при весе батареек 294кг - 21.6 кВт*ч. И снова разница в 35+ раз по удельной энергоемкости.

Батарея - устройство с постоянным напряжением и для зарядки ее от сети требуется преобразование переменного тока в постоянный. Для работы с двигателем переменного тока, а именно их чаще всего используют в электромобилях, нужно обратное преобразование. Эффективности самих батарей (Около 92%, по данным Тесла), процесс зарядки и выдачи энергии в двигатель: КПД(преобразования) = 0.9 * 0.92 * 0.9 = 0.745.

Использование электроэнергии с розетки до эл.мотора с преобразованием переменный-постоянный доходит только 74.5%! от оплаченной электроэнергии, а до колеса с учетом КПД эл.мотора 0.9 * 0.92 * 0.9 * 0.8 = 0.596! Итого от того, что мы имеем на счетчике, в реальную произведенную работу превращается всего лишь 59.6%


Время.

Лучшие блоки батарей весом в сотни килограмм набирают от 16 до 24 кВт*ч за 8-11 часов зарядки от обычной розетки (2кВт/10А) или около того, учитывая возможности наших электросетей. Электромобиль массой до 1.5 т на 100 км расходует в достаточно экономичном режиме те же 20-24 кВт*ч.
Ночь зарядки = 100км.


Графен.

Удельная энергоемкость реальных образцов до 0.5кВт*ч/кг и на трансмиссии 0.36кВт*ч/кг.
Во всех аккумуляторных батареях на основе лития строго контролируется скорость заряда. Лимитированный уровень заряда необходим для недопущения перегрева аккумулятора, который пожароопасен из-за высокой химической активности лития – щелочного металла, способного воспламеняться на воздухе, особенно влажном или при попадании воды внутрь аккумулятора (при повреждении аккумулятора).
Главной проблемой широкого распространения нового аккумулятора станет чрезвычайная дороговизна и сложность промышленного производства графена из графита. Цена качественного графенового порошка составляет около $300 за грамм.


Гибриды.

Недостатки обеих систем. Вес батарей + вес ДВС. Компенсировать что-то можно за счет рекуперации энергии при торможении, но это работает только в городских режимах, а на трассе экономии нет. Изза лишнего веса гибрида в условиях, где рекупераций мало, ДВС дает расход меньше.



Toyota Mirai.

https://media.toyota.co.uk/wp-content/files_mf/1444919532151015MToyotaMiraiTechSpecFinal.pdf

Автомобиль приводится в действие комбинацией гибридной установки в 114 кВт на водородных топливных элементах FC stack, синхронного электродвигателя переменного тока мощностью в 113 кВт (154 л.с.) с крутящим моментов в 335 Н и вторичной никель-металл-гидридной батареи емкостью в 21 кВт*ч.
2 композитных бака водорода под давлением 70 МПа. 60л + 62.4л = 5кг водорода. Максимальная дальность поездки на одной заправке составляет 650 километров по циклу JC08. Время полной заправки двух баллонов составляет 3 минуты.

Энергоемкость водорода весовая 39.45кВт*ч/кг.

КПД преобразования водорода в электрический ток 0.83

С учетом КПД на выходе эл.мотора 39.45*0.83*0.8*0.9= 23.58кВт*ч/кг. (0.8 КПД электродвигателя, 0.9 КПД преобразования постоянный-переменный).
Ранее подсчитано - 4.45 кВт*ч/кг для бензина и 0.113 кВт*ч/кг для эл.мобилей на LiFePo химической батарейке. Водород дает 23.58кВт*ч/кг.


Энергозатраты генерации водорода ~4.3 кВт*ч/м3, или 47.8 кВт*ч/кг.
Полная нагрузка на генерирующие электричество мощности с учетом КПД энергосистемы составит 47.8/0.92=52 кВт*ч/кг

С учетом заявленного потребления водорода 0.76кг/100км, стоимость 100км пробега в кВтч 47.8*0.76=36.33 кВт*ч/100км, современный электромобиль дает 20-24 кВт*ч/100км



Подробные расчеты экологии и нагрузок на электросети
https://docs.google.com/spreadsheets/d/11YwNrQpDb7yJ4Op6lKPFeQDFIlE6IhblY7_26e-b2Oo/view


Thursday, June 4, 2020, 22:46
( 0 / 0 )


Back Next

1999-2020 © krt