Регистрация Войти
Вопрос

Возможно ли, что 2000 кг аккумуляторов эквивалентны 60 литрам бензина?

Основываясь на количестве энергии, содержащейся в 1 кг аккумулятора и бензина, эффективности электрического и теплового двигателей и других факторах, после некоторых расчётов я пришёл к выводу, что 60 литров бензина обеспечивают автомобилю такую же автономность, как 2000 кг аккумуляторов. Я предположил, что в автомобиле никогда не было больше 45 кг аккумуляторов и что их подзаряжали каждый раз, когда энергия в аккумуляторе заканчивалась.



Совершил ли я какие-то серьёзные ошибки?



Я не могу поделиться с вами своим методом расчёта, потому что не хочу на вас влиять. Мне нужно независимое подтверждение или опровержение полученного мной результата.
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/64202/is-it-plausible-that-2000-kg-of-batteries-are-equivalent-to-60-liters-of-gasolin
1
+ Читать

12 Комментариев

  1. Давайте посчитаем!



    В одном литре бензина содержится 32 МДж энергии, поэтому в 60 литрах содержится 1920 МДж, или 533 кВт⋅ч. Однако КПД большинства двигателей составляет всего 25 %, поэтому полезная энергия составляет 133 кВт⋅ч.



    КПД электродвигателей составляет почти 100 %. Ёмкость литий-ионных аккумуляторов составляет 0,1–0,265 кВт⋅ч/кг, то есть от 502 до 1330 кг аккумуляторов в зависимости от их химического состава.



    Я не знаю, какой химический состав аккумуляторов вы использовали в расчётах, но Tesla использует такой: http://blog.evandmore.com/lets-talk-about-the-panasonic-ncr18650b/ с энергоёмкостью 12 ватт-часов и весом 48,5 грамма, то есть 0,247 кВт⋅ч/кг, что даёт 538 кг необходимых аккумуляторов. Аккумуляторы Tesla считаются лучшими.



    Обратите внимание, что из 538 кг вы экономите как минимум 38 кг, а то и больше, поскольку вам не нужен тяжёлый бензиновый двигатель, а нужен только лёгкий электродвигатель. Таким образом, я бы сказал, что эквивалент составляет около 60 литров бензина = 500 кг аккумуляторов.



    Обратите также внимание, что электромобили могут использовать рекуперативное торможение. Таким образом, может оказаться, что 60 литров бензина в обычном негибридном автомобиле эквивалентны всего 400 кг аккумуляторов. Конечно, это зависит от манеры вождения (город или трасса) и качества систем рекуперативного торможения.



    Редактировать: я не учёл конструктивные элементы, которые удерживают аккумулятор в целости и сохранности при почти, но не совсем фатальном происшествии. Они должны быть прочными. Таким образом, вес аккумуляторного модуля превышает сумму весов его элементов.

  1. Первые три слагаемых дают 45 кг. Это кажется разумным? Литр топлива весит 3/4 килограмма или 1,6 фунта —
    меня это устраивает.
    Умножьте это на 47,5 МДж/кг = 2137,5 МДж
    Автор указал это значение в Дж/кг.
    Если 1 джоуль = 2,778 x 10^
    , то я получу 491,6 кВт·ч



    Автор хотел, чтобы при умножении на 25 % получилось 123 кВт⋅ч, что довольно близко к заявленным автором 148 кВт⋅ч. Так что, по крайней мере, с математикой у меня всё в порядке.
  1. ...но если вы учитываете вес конструкции электромобиля, то вам следует учитывать вес бензобака, топливопровода, бензонасоса и т. д. в бензиновом автомобиле... Возможно, даже вес выхлопной системы, вес устройства для очистки выхлопных газов, дополнительный вес бензинового двигателя и т. д.
  1. @RobertWerner И да, эффективность зарядки-разрядки, вероятно, означает произведение эффективности зарядки на эффективность разрядки. Если эффективность зарядки составляет 95 %, а эффективность разрядки — 95 %, то эффективность зарядки-разрядки должна составлять около 90 % (или, точнее, 90,25 %). Таким образом, вместо 100 % можно использовать 95 %.
  1. @RobertWerner Вероятно, дело в весе модуля. Согласен, я допустил небольшую ошибку в расчётах: не учёл конструктивные элементы, удерживающие аккумулятор при столкновении. Они должны быть прочными, так как автомобиль должен быть безопасным даже при аварии с почти смертельным исходом.
  1. Конечно, я учёл эффективность электродвигателя и разряд батареи, но я не хочу отвечать на свой собственный вопрос.
  1. Учитывали ли вы эффективность электродвигателей по сравнению с поршневыми двигателями? Я не вижу этого в ваших расчётах. Думаю, вам стоит отредактировать свой вопрос и привести в нём все расчёты.
  1. Я учёл эффективность электрического и теплового двигателей. Что касается моих расчётов, то они были выполнены следующим образом: 0,75 г/см^3 * 60 литров * 47,5 МДж/кг * 25 % = 148,43 кВт·ч, где числа обозначают плотность бензина, объём топливного бака, энергию, запасённую в 1 кг бензина, средний КПД теплового двигателя и общую полезную энергию.
  1. Тесла С (en.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_S ) имеет общий вес 1961 кг с батареей мощностью 40 кВт * ч и 2250 кг для блока мощностью 100 кВт * ч, что означает, что можно рассчитать плотность энергии на кг, и, следовательно, требуется 750 кг батарей для выработки ~ 133 кВт * ч [750 кг * ((100 кВт * ч-40 кВт *ч) / (2250 кг-1961 кг)) * 85% = 132,35 кВт *ч ]. Общий КПД, включающий в себя разрядку аккумулятора и работу электродвигателя, вряд ли превысит 85 %, поскольку максимальный КПД при разрядке аккумулятора достигает 90 %.
  1. Причина, по которой люди этого хотят, заключается в том, что на SE существует традиция, согласно которой авторы вопросов должны показывать свою работу «на данный момент». Отчасти для того, чтобы мы не тратили время на дублирование уже проделанной вами работы, а отчасти потому, что легче заметить улучшения в вашем подходе (или структурные недостатки), чем объяснять всё с нуля. Это также помогает нам избежать собственных ошибок. Другими словами, ваша доктрина «не влияйте на нас» не относится к теме этой платформы для ответов.
  1. У вас слишком маленький аккумулятор. Аккумулятор Tesla Model S весит около 540 кг. Аккумулятор Nissan Leaf весит примерно в два раза меньше, но его ёмкость составляет лишь 1/3 от ёмкости аккумулятора Tesla. Кроме того, при сравнении не забывайте, что у электрических и дизельных двигателей очень разная эффективность.
  1. Вам следует показать свои расчёты — возможно, будет проще обнаружить ошибку, чем пытаться повторить исследование и получить другие результаты...
Вы уже ответили на этот вопрос