能源科技新知：移動應用能源（上篇）

能源(yuan)技術(shu)新知:移動應用(yong)能源(yuan)(上一篇(pian))

摘要：

1)提出新的能(neng)源(yuan)類別劃分(fen):移動應用(yong)能(neng)源(yuan)。

2)總結(jie)移動應用能源的(de)規律。提(ti)出如何發展移動應用能源技(ji)術的(de)策略。

3)移動應(ying)用(yong)能(neng)源(yuan)(yuan)將(jiang)是(shi)人類(lei)能(neng)源(yuan)(yuan)應(ying)用(yong)的(de)主要形式。未來(lai)，人工智(zhi)能(neng)將(jiang)成為(wei)勞動的(de)主體(ti)，人工智(zhi)能(neng)將(jiang)取代人類(lei)，成為(wei)能(neng)源(yuan)(yuan)利用(yong)的(de)主體(ti)。人工智(zhi)能(neng)的(de)大部分(fen)能(neng)源(yuan)(yuan)利用(yong)都是(shi)移動應(ying)用(yong)。

4)未來，人(ren)類地球、月球和火星將像現在的(de)大(da)型航(hang)空飛機一樣頻(pin)繁。這些(xie)跨越星體的(de)人(ren)類活動需(xu)要(yao)大(da)量的(de)能(neng)源，這些(xie)活動都是移動應用能(neng)源場景。

今天(tian)，我們介紹了(le)一個教科(ke)書中沒有常識的概念(nian)：移(yi)動應用能源(yuan)。

是(shi)否有必要(yao)在能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)類(lei)型(xing)中增(zeng)加移動應(ying)(ying)(ying)用(yong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)。移動應(ying)(ying)(ying)用(yong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)是(shi)指能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)載體跟隨能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)利用(yong)裝(zhuang)置，能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)裝(zhuang)置不具(ju)備自發生產能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)力，必須從外(wai)部補(bu)充能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)。目前，移動應(ying)(ying)(ying)用(yong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)主(zhu)要(yao)用(yong)于(yu)交通(tong)工具(ju)，占人類(lei)應(ying)(ying)(ying)用(yong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)總量(liang)的20~40%。未來人工智能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)和星(xing)際往(wang)返將是(shi)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)的主(zhu)要(yao)應(ying)(ying)(ying)用(yong)場合(he)，其需求的能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)總量(liang)遠高于(yu)人類(lei)已經(jing)使用(yong)的能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)總量(liang)。移動應(ying)(ying)(ying)用(yong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)場景(jing)是(shi)交通(tong)、人工智能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)和星(xing)際往(wang)返場景(jing)的能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)。增(zeng)加這種(zhong)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)分類(lei)的目的是(shi)發現和利用(yong)其能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)規律。

例如，煤(mei)被用來燒水做飯，而不是移動應用能源。使用煤(mei)燃(ran)燒加熱(re)蒸汽機驅動火車是移動應用能源。

移動應用能源的(de)特點是(shi)什么？

移動應用能源具有以下特點：

1)能(neng)(neng)量(liang)載體的能(neng)(neng)量(liang)密度非常重要，在合理范圍內(nei)，能(neng)(neng)量(liang)密度越高(gao)越好(hao)。

2)能源利用裝置(zhi)裝載能量總量有(you)限，必須及時補充能量。

3)能源(yuan)利(li)用(yong)裝置本身也(ye)需要考(kao)慮能量轉換效(xiao)率和能量利(li)用(yong)密(mi)度(du)。

4)能(neng)源載體的(de)輸出特性應更(geng)好地滿(man)足能(neng)源利用(yong)裝置(zhi)的(de)需求(qiu)。

5)利用合理的技術降(jiang)低(di)外(wai)部能(neng)耗需求，利用能(neng)源利用裝置合理回(hui)收外(wai)部反饋能(neng)量。

圖 1 LY典型的混合動力車設計

移動(dong)應(ying)用能(neng)源(yuan)系統可以(yi)(yi)很好(hao)地解(jie)釋以(yi)(yi)上五(wu)個(ge)特(te)點(dian)。移動(dong)能(neng)源(yuan)利用裝(zhuang)置可以(yi)(yi)很好(hao)地解(jie)釋和優化(hua)。

以下(xia)是如何利用移動應用能源系統的規律(lv)來優化(hua)電動汽車的設計。

1)我(wo)們知(zhi)道電(dian)動汽車鋰電(dian)池的(de)密度(du)(du)是(shi)120~300WH/KG,充電(dian)率(lv)1~4功率(lv)密度(du)(du)C如何提高(gao)(gao)車載能(neng)源(yuan)密度(du)(du)？通過(guo)使用(yong)單體能(neng)量(liang)密度(du)(du)較高(gao)(gao)的(de)甲(jia)醇和汽柴(chai)油，提高(gao)(gao)電(dian)池電(dian)池的(de)能(neng)量(liang)密度(du)(du)并(bing)不是(shi)最好的(de)方案(an)。車輛需(xu)求功率(lv)波動，最大(da)功率(lv)約(yue)為平(ping)均功率(lv)的(de)5~15倍。降低(di)甲(jia)醇和汽柴(chai)油的(de)高(gao)(gao)能(neng)量(liang)密度(du)(du)可以(yi)(yi)降低(di)發動機(ji)重量(liang)。從而(er)提高(gao)(gao)了整(zheng)個能(neng)源(yuan)載體的(de)能(neng)量(liang)密度(du)(du)。按照這個想法，使用(yong)小功率(lv)增程(cheng)發動機(ji)和發電(dian)機(ji)復用(yong)驅動。這兩種有效的(de)方法可以(yi)(yi)提高(gao)(gao)能(neng)源(yuan)密度(du)(du)。

2)電(dian)(dian)動(dong)車輛的補(bu)能(neng)(neng)(neng)(neng)方式僅(jin)限(xian)于(yu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)設(she)施、加(jia)(jia)油(you)站等補(bu)能(neng)(neng)(neng)(neng)方式。什么(me)樣(yang)的補(bu)能(neng)(neng)(neng)(neng)方是什么(me)？當您將車輛視為能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)容器時(shi)，需要(yao)從外部(bu)獲(huo)得(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)。能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)獲(huo)得(de)越(yue)快越(yue)好，能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)價(jia)格越(yue)便(bian)宜越(yue)好。車主有很(hen)多補(bu)能(neng)(neng)(neng)(neng)方式。我(wo)們在設(she)計車輛時(shi)是否可以配備所有的補(bu)能(neng)(neng)(neng)(neng)方式，讓(rang)車主根據實(shi)際(ji)使用情況(kuang)進行選(xuan)擇。故LY小(xiao)功率2~15設(she)計在混合動(dong)力車中KW車載充(chong)(chong)電(dian)(dian)機(ji)，4C最大車輛功率快速(su)充(chong)(chong)電(dian)(dian)，加(jia)(jia)油(you)站加(jia)(jia)油(you)補(bu)充(chong)(chong)增(zeng)程系統燃料，外部(bu)機(ji)械充(chong)(chong)電(dian)(dian)（皮帶驅動(dong)增(zeng)程發電(dian)(dian)機(ji)發電(dian)(dian)）。這四種補(bu)能(neng)(neng)(neng)(neng)方式可以使電(dian)(dian)動(dong)車輛不(bu)再有里程焦慮和充(chong)(chong)電(dian)(dian)困難。

3)降(jiang)低電(dian)機(ji)(ji)、發(fa)動機(ji)(ji)、傳動、車(che)身輕量(liang)(liang)化等車(che)載能源(yuan)利(li)用裝(zhuang)置(zhi)的重量(liang)(liang)，提高電(dian)機(ji)(ji)、發(fa)電(dian)機(ji)(ji)、發(fa)動機(ji)(ji)的效率，也是提高車(che)輛整體(ti)能量(liang)(liang)密度的關鍵。

4)車(che)(che)輛(liang)每(mei)次出行所需能(neng)(neng)(neng)源(yuan)可(ke)能(neng)(neng)(neng)不(bu)同，可(ke)能(neng)(neng)(neng)是車(che)(che)載(zai)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)1%，也可(ke)能(neng)(neng)(neng)是車(che)(che)載(zai)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)100%，中間需要多次補能(neng)(neng)(neng)。讓(rang)車(che)(che)載(zai)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)盡可(ke)能(neng)(neng)(neng)滿足出行需求，比(bi)如(ru)(ru)讓(rang)車(che)(che)載(zai)電(dian)(dian)池滿足車(che)(che)主90%以(yi)上(shang)的(de)(de)出行需求，比(bi)如(ru)(ru)160公里以(yi)內電(dian)(dian)池電(dian)(dian)量小于50公里，停車(che)(che)充電(dian)(dian)或(huo)者(zhe)讓(rang)增程系統發電(dian)(dian)。這(zhe)種做法是能(neng)(neng)(neng)源(yuan)總量匹(pi)(pi)配，以(yi)及能(neng)(neng)(neng)源(yuan)轉換匹(pi)(pi)配。也就是說，電(dian)(dian)機(ji)和發動機(ji)的(de)(de)功(gong)率匹(pi)(pi)配功(gong)率要求，可(ke)以(yi)保(bao)證電(dian)(dian)機(ji)在(zai)高(gao)效范(fan)圍內長時(shi)間運行。LY混合動力汽(qi)車(che)(che)通(tong)過(guo)電(dian)(dian)機(ji)功(gong)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)再(zai)利用和拆卸，確保(bao)電(dian)(dian)機(ji)在(zai)高(gao)效范(fan)圍內運行。

5)減少(shao)外(wai)部能(neng)耗(hao)，利(li)用外(wai)部反饋能(neng)量。也是車輛常用的(de)設計。

圖(tu) 2 登月工程(cheng)能耗巨(ju)大

上述設計理(li)念也(ye)可用(yong)(yong)(yong)于其他(ta)移(yi)動應(ying)用(yong)(yong)(yong)能源(yuan)，如(ru)阿波羅(luo)載(zai)人(ren)登(deng)月(yue)工(gong)(gong)(gong)程(cheng)和(he)人(ren)工(gong)(gong)(gong)智能主觀能源(yuan)勞(lao)動工(gong)(gong)(gong)具。以(yi)下是(shi)如(ru)何利(li)用(yong)(yong)(yong)移(yi)動應(ying)用(yong)(yong)(yong)能源(yuan)的規律，優(you)化登(deng)月(yue)工(gong)(gong)(gong)程(cheng)設計。（詳見(jian)以(yi)下內容 能源(yuan)技術(shu)新知:移(yi)動應(ying)用(yong)(yong)(yong)能源(yuan)(下)

1)提高能量密度

2）補能方式

3)能(neng)源利(li)用裝置(zhi)的能(neng)量密度和(he)轉(zhuan)換效(xiao)率(lv)

4）特性匹配

5)減少(shao)外部損失，回收反(fan)饋(kui)能(neng)量

圖 3 人工(gong)智能能源利用裝(zhuang)置將是能源利用的主體(ti)

通(tong)過上述(shu)移(yi)動(dong)應(ying)用(yong)能源(yuan)的(de)設(she)計和優化，電動(dong)汽車和登月項目(mu)。它解釋了這(zhe)(zhe)樣一個(ge)新的(de)能源(yuan)發現規律(lv)。可(ke)以預(yu)測，移(yi)動(dong)應(ying)用(yong)能源(yuan)將是未(wei)來人類能源(yuan)利用(yong)的(de)主要形式(shi)。特別是當人工智能取代人類成為(wei)主要勞動(dong)力時，如(ru)何(he)使(shi)移(yi)動(dong)應(ying)用(yong)能源(yuan)更好地服務于人類的(de)生產和生活？這(zhe)(zhe)個(ge)問題剛(gang)剛(gang)提(ti)出(chu)，就(jiu)像一個(ge)新發現的(de)寶藏，可(ke)以讓大多(duo)數科研(yan)人員(yuan)和技術人員(yuan)尋(xun)寶。

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