数学建模
光电互补式电动汽车的动力源设计问题
摘 要
随着越来越多的小汽车进入寻常百姓家,给人们的出行带来了便利,同时也带来了一系列社会、能源与环境等问题。有资料表明:目前机动车尾气排放已经占到可吸入颗粒物排放总量的23%,并且还有不断上升的趋势。另据中国公安部交通管理局数据显示,截至2011年6月底,全国机动车总保有量达2.17亿辆。其中,汽车9846万辆,摩托车1.02亿辆。全国私家车保有量破7000万辆。这么多的汽车,按照现在的标准一年需要消耗汽油超过3亿吨,而3亿吨汽油至少需要4亿吨的原油提炼,而目前我们国家年产石油只有约2亿吨,也
就是说光汽车一项就有二分之一的石油需要进口,这一切说明发展新能源汽车是非常有必要的,一方面可以减少对石化能源的需求,另一方面将大大减少尾气排放。纯电动汽车无疑是新能源汽车中最理想的一种选择,然而纯电动汽车在应用中还存在着很多问题,例如,续航里程短,电池使用寿命短而且更换成本高等问题等,因此人们目前提出了混合动力汽车,比如油电混合、油气混合等等,而通过加装太阳能光电板,对纯电动汽车动力进行光电互补,提高继航能力,无疑也将是有益的尝试,现请你以比亚迪E6纯电动汽车考虑以下问题:
问题1:
有效利用小汽车的表面积,通过加装太阳能光电板提高E6的继航能力,并对结果进行评价;
问题2:
加装了太阳能电板后,在不改变目前继航能力的前提下,是否可以考虑减轻电池的重量以减少电池方面的成本,并对结果进行评价;
问题3:
结合上面的分析,请对发展光电互补式汽车给出你们的建议;
问题4:
除了进行光电互补外,如果考虑利用其它形式的能量,比如对下坡时的机械能的收集利用,进一步提高继航能力,请给出你们的方案。 二手卡罗拉哪年的最好
关键词:能量密度 数学建模 续航能力 电力驱动
一、 问题的重述与分析
随着越来越多的小汽车进入寻常百姓家,给人们的出行带来了便利,同时也带来了一系列社会、能源与环境等问题。有资料表明:目前机动车尾气排放已经占到可吸入颗粒物排放总量的23%,并且还有不断上升的趋势。另据中国公安部交通管理局数据显示,截至2011
年6月底,全国机动车总保有量达2.17亿辆。其中,汽车9846万辆,摩托车1.02亿辆。全国私家车保有量破7000万辆。这么多的汽车,按照现在的标准一年需要消耗汽油超过3亿吨,而3亿吨汽油至少需要4亿吨的原油提炼,而目前我们国家年产石油只有约2亿吨,也就是说光汽车一项就有二分之一的石油需要进口,这一切说明发展新能源汽车是非常有必要的,一方面可以减少对石化能源的需求,另一方面将大大减少尾气排放。纯电动汽车无疑是新能源汽车中最理想的一种选择,然而纯电动汽车在应用中还存在着很多问题,例如,续航里程短,电池使用寿命短而且更换成本高等问题等,因此人们目前提出了混合动力汽车,比如油电混合、油气混合等等,而通过加装太阳能光电板,对纯电动汽车动力进行光电互补,提高继航能力,无疑也将是有益的尝试,现请你以比亚迪E6纯电动汽车考虑以下问题:
问题1:
有效利用小汽车的表面积,通过加装太阳能光电板提高E6的继航能力,并对结果进行评价;
分析:制约E6续航能力的主要因素是蓄电池的储电量有限,而在不影响安全美观的情况下
加装太阳能电池板,可以有效地提高续航能力,因此结合实际情况的加装,就变成了重中之重。
问题2:
汉兰达优惠加装了太阳能电板后,在不改变目前继航能力的前提下,是否可以考虑减轻电池的重量以减少电池方面的成本,并对结果进行评价;
分析:因为对专业知识的不了解,要想解决这个问题,就要首先对E6的车载电池进行了解,并对影响电池储电量的因素进行分析,然后综合考虑。
问题3:
结合上面的分析,请对发展光电互补式汽车给出你们的建议;
问题4:
除了进行光电互补外,如果考虑利用其它形式的能量,比如对下坡时的机械能的收集利用,进一步提高继航能力,请给出你们的方案。
分析:有一句话叫做站在巨人的肩膀上,现在电动汽车存在续航能力不足的问题,但是重庆车展电能使用的技术已经趋于完善,因此我们想提高电动汽车的续航能力可以从继续发展电能的利用方面着手。
二、模型假设
济南轻骑摩托车股份有限公司1.假设数学计算时都处于理想状态下
2.假设太阳能电池一直在环境温度为25℃,AM1.5的标准条件下工作。
3.将车身安装太阳能电池板的地方近似看成两块规则的长方形
三、 变量说明
C: 超级电容容量
Q(n): 第n时刻超级电容储存的电量
V(n): 超级电容的工作电压为
E: 超级电容能量输出
: 超级电容的等效内阻
: 放电电流
: 充电电流
: 充电效率
: 超级电容充电时的截止电压
: 超级电容充电时的起始电压
: 放电效率
: 超级电容放电时的起始电压
: 超级电容放电时的截止电压
四、模型的建立与求解
问题一:
比亚迪E6的车身尺寸是4560mm*1822mm*1630mm,根据车身形状及对电池板采光率的考虑,而薄膜电池板又足够薄(400nm~600nm),不会对引擎盖的开关造成影响,因此可以在除前挡风玻璃外的车身上部全部用贴附安装的方式安装薄膜太阳能电池板,以求更高的发电量给E6带来更强的续航能力。
通过资料的查询,而由于是安装在车上,可以安装薄膜太阳能电池,它具有以下特点:
1.相同遮蔽面积下功率损失较小(弱光情况下的发电性佳)
2.照度相同下损失的功率较晶圆太阳能电池少
3.有较佳的功率温度系数
4.较佳的光传输
5.较高的累积发电量
6.只需少量的硅原料
7.没有内部电路短路问题(联机已经在串联电池制造时内建)
8.厚度较晶圆太阳能电池薄
9.材料供应无虑
10.可与建材整合性运用(BIPV)
11.安装位置和形状更灵活且更容易处理。
因此我们决定选择安装薄膜式的太阳能电池板。
下表为不同种类的薄膜式太能电池板的各项参数,其中
表1:薄膜电池各型号参数及单价
PV电池类型 | 产品型号 | 组件功率(w) | 组件尺寸(mm×mm) | 价格(元/Wp) | 电池单价(元) |
薄膜电池 | 1 | 100 | 1300×1100×15 | 4.8元/Wp | 480 |
2 | 58 | 1321×711×20 | 278.4 | ||
3 | 100 | 1414×1114×35 | 480 | ||
4 | 90 | 1400×1100×22 | 432 | ||
5 | 100 | 1400×1100×25 | 480 | ||
6 | 4 | 310×355×16.7 | 19.2 | ||
7 | 4 | 615×180×16.7 | 19.2 | ||
8 | 8 | 615×355×16.7 | 38.4 | ||
9 | 12 | 920×355×16.7 | 57.6 | ||
10 | 12 | 818×355×16.7 | 57.6 | ||
11 | 50 | 1645×712×27 | 240 | ||
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