电动汽车的能量转换效率与碳排放
德国人计算的电动汽车能量效率与碳排放
发展电动汽车的重要理由之一是其高的能量转换效率和低的碳排放。对这个重要的结论，国内有些专家有异议。因此这次访问德国，很想了解一下德国的数据。在访问德国波鸿大学电动车研究所时，研究所的教授介绍了他们关于电动汽车与燃油汽车的能量转换效率和碳排放的比较。借助博客，我将他们的数据简要介绍一下。
我说的事情很容易理解，不是从事汽车技术的不用担心，你们一定看得懂。
能量转换经过两个阶段：第一段，某种能源从矿井取出，经过生产变成汽车使用的某种“燃料”，然后输送到加注站，最后加注到汽车的“油箱”里，我们简称WTT（ Well To Tank ）过程；第二段，再从“油箱”，经过能量转换机构（内燃机、电动机等）转换为机械能，经过传动机构将动力到送到汽车车轮，驱动汽车，我们简称TTW（ Tank To Wheel ）过程。全过程简称WTW。
这家德国电动汽车研究所计算的某种典型级别的乘用车结果是：汽油发动机汽车WTT的效率85%，TTW的效率是17.9%，两者相乘得到WTW的效率为15%；电动汽车WTT效率42%，TTW 的效率为67%，得到WTW的效率为28%。
他们计算得到的汽油发动机汽车与电动汽车WTW的二氧化碳排放量分别为147与41克/公里。
从上面数据看到：折算到一辆普通典型的乘用车上，从矿井到车轮，电动汽车的能量转换总效率比汽油发动机汽车高将近一倍，而二氧化碳排放减少2/3还多。
这与国内某研究机构发表的结果，在数值上略有不同，结论是一致的。
是德科技 能量转换效率测量方法 应用指南
什么是能量转换效率？ 效率是对为完成特定任务而投入的时间和精力的有效性评估。如果此任务是将一种形式的能量转换为另一种能量，那么转换效率指的是能量转换的实施效果。对于电力转换过程而言，效率的测量方式为输出功率（单位为瓦特）除以输入功率（单位为瓦特），用百分比表示。在电力电子学中，使用希腊字母（η）来表示效率。参见图 1。 理想的电力转换过程的效率为 100%。但是，达到 100% 的效率是不可能的，因为所有真实的电子器件均会以热能的形式损失部分能量。部分输入功率用于能量转换过程本身，因此输入功率不会完全转换为输出功率。因此，效率必定小于 100% 。 Power out (W) Efficiency(%)x100 Power in (W) =η=图 1. 效率（η）是用输出功率（单位为瓦特）除以输入功率（单位为瓦特）所得结果的百分比。 能量转换效率为什么重要？ 显而易见，能量转换效率越高，损耗的能量就越少。能量损耗会产生诸多成本：资金，因为我们为消耗的能源付费；时间，因为我们必须更频繁地为电池供电设备充电；产品尺寸，因为能量损耗所产生的热量必须得到恰当消散；以及环境污染，因为需要产生更多能量来补偿损耗的能量。为降低与能量转换过程相关的成本，工程师投入大量精力以期尽量提高转换过程的效率。国际标准对交流电源供电的家用电器的功耗水平进行了限制。例如，在美国，美国能源部（DOE ）规定了能源效率标准，要求产品必须符合这些标准。此外，“能源之星”计划还督促各厂商自愿遵循比 DOE 标准更为严苛的标准。此类计划突出了合理设计能量转换过程的重要性，此类设计能够减少能耗和提高效率。另外，HEV/EV （混合动力电动汽车/电动汽车）市场的快速发展，以及车辆电气化程度的日益提高，推动着对提高能量转换技术效率的需求不断高涨。所有这些发展趋势，促使您需要合理测量和管理自身设计的功耗情况。
制动能量回馈系统协调控制 张俊智，张鹏君，陆欣，陈鑫 清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，北京，100084 【摘要】本文为混合动力电动汽车设计了分层控制的制动能量回馈系统，该分层结构主要包括驾驶员意图识别、能量管理和元件协调控制三个部分。分层控制结构的采用，将复杂的制动能量回馈系统简化为若干部分，降低了控制难度，为研究提供了便利。所设计的系统已在一款串联混合动力客车上实现，并根据中国城市公交循环工况进行了道路测试。 【关键词】混合动力电动汽车，制动能量回馈系统，分层控制结构，协调控制 Coordinated Control for Regenerative Braking System Zhang Junzhi, Zhang Pengjun, Luxin, Chen Xin State Key Lab. of Automotive Energy and Safety, Tsinghua University, Beijing, China, 100084 Abstract: This paper presents a design of regenerative braking system(RBS) for hybrid electric vehicles using hierarchical control structure and method. The hierarchical model is mainly composed of three modules for driver intent identification, energy management and coordinated control based on components control. As a consequence, RBS, a complicated hybrid dynamic system, is successfully decomposed by several simple modules. The control system and strategies are carried out on a typical serial HEV bus, and tested on road based china typical urban cycle.. Key words: hybrid electric vehicles, regenerative braking system, hierarchical control structure, coordinated control 1 介绍 车辆的动能通过制动能量回馈系统可转化为其它形式能量储存起来，并进一步用于车辆驱动。研究显示，在城市驾驶循环中，发动机发出能量的大约1/3至1/2被制动过程所消耗[1，2]。因此，回馈制动是车辆提高燃油经济性并降低排放的有效方法，有助于缓解能源危机和环境污染。
能量转化效率专题 一、能量转化效率计算（公式：能量转化效率=有效利用的能量÷总能量） 1、炉子的效率： 例题：用天然气灶烧水，燃烧0.5m 3 的天然气，使100kg 的水从20℃升高到70℃.已知水的比 热容c=4.2×103J/（kg ·℃）,天然气的热值q=7.0×107J/m 3 。求： (1)0.5m 3 天然气完全燃烧放出的热量Q 放。 （2）水吸收的热量Q 吸。 （3）燃气灶的效率η。 2、太阳能热水器的效率： 例题：某太阳能热水器的水箱接受太阳热辐射2.4×107 J,如果这些热量使水箱内50L 温度30℃的水，温度上升到57℃，求太阳能热水器的效率。 3、汽车的效率： 例题：泰安五岳专用汽车有限公司是一家大型的特种专用汽车生产基地。该厂某型号专用车在 车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km ，受到的阻力是3.0×103 N ，消耗燃油1.5×10－3m 3（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m 3，热值q ＝4×107 J/kg ，求： （1）专用车牵引力所做的功。 （2）已知热机效率η＝W Q （式中W 为热机在某段时间内对外所做的功，Q 为它在这段时间内所消耗的燃油完全燃烧所产生的热量），则该专用车的热机效率是多少？ 4、电热水器的效率： 例题：标有“220V,1000W ”的电水壶内装有2kg 的水，正常工作10min ，使水温升高了50℃，求：（1）水吸收的热量是多少J ？ （2）电水壶消耗了多少J 的电能？ （3）此电水壶的效率是多少？
5、电动机车的效率： 电动自行车以其轻便、经济、环保倍受消费者青 睐。某型号电动自行车的主要技术参数如表所示。在某平直路段上，电动自行车以额定功率匀速行驶时，受到的平均阻力为40N 。若自行车以7m/s 的速度行驶了1min 则， ①此时自行车克服阻力做了多少功？ ②消耗了多少J 的电能？ ③电动自行车的效率多大？ 巩固练习： 1、天然气在我市广泛使用，已知天然气的热值为4×107 J ／m 3 。，完全燃烧0.05m 3 天然气可以放出多少J 的热量，这些热量若只有42％被水吸收，则可以使常温下5kg 的水温度上升多少℃。 [水的比热容为4.2×103 J/(kg ·℃)] 2、小红家里原来用液化石油气烧水，每天用60℃的热水100kg 。她参加“探究性学习”活动后，在老师和同学的帮助下，制造了一台简易的太阳能热水器。 （1）若用这台热水器每天可将100kg 的水从20℃加热到60℃，这些水吸收的热量是多少？ （2）若液化石油气燃烧放出的热量有70%被水吸收，她家改用太阳能热水器后平均每天可节约液化石油气多少kg ？（液化石油气的热值是8.0×107 J/kg ） （3）请你说出太阳能热水器的优点。（至少说出一条） 3、太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光 照射下的相关信息：其中太阳辐射功率是指1h 内投射到1m 2 面积上的太阳能 求：（1）水在10h 内吸收的热量； （2）太阳能热水器的能量转化效率。 4、如图所示为小艳家新买的一辆小汽车．周末，爸爸开车带着小艳出去游玩，途中，这辆汽车在1h 的时间内，在水平路面上匀速行驶了72km ，消耗汽油6kg ．若已知该汽车发动机的功率（即 牵引力的功率）为23kW ，汽油的热值为4.6×107 J/kg ，g=10N/kg ．则 （1）该汽车克服阻力做的功是多少； （2）该汽车的牵引力是多少N （3）该汽车发动机的效率是多少。 5、随着“西气东输”，天然气进入扬州市民家庭，小明家已经开始使用天然气了。小明家原来
2005005 电动汽车能量回馈的整车控制 张 毅,杨 林,朱建新,冒晓建,卓 斌 (上海交通大学汽车电子研究所,上海 200030) [摘要] 以4种典型循环工况为例对电动汽车进行能量分析,设计了基于常规汽车制动系统的整车能量回馈控制方式,研究了控制策略,完成了车辆道路试验与标定优化。试验表明,整车能量回馈控制方式与控制策略安全、可靠,且柔顺性良好;利用能量回馈技术,蓄电池能量消耗可减少10%,能有效延长电动汽车的一次充电续驶里程。 关键词:电动汽车,能量回馈,控制策略 The Control Strategy of Energy Regeneration for Electric Vehicle Zhang Yi,Yang Lin,Zhu Jianxin,Mao Xiaojian&Zhuo Bin Instit ute of A utomotive Elect ronic Technology,S hanghai Jiaotong U niversity,S hanghai200030 [Abstract] The energy consumption in four typical vehicle testing cycles(FTP,HWEFT,ECE2EUDC and J P1015)is analyzed for EV.Based on the traditional vehicle braking system,a new regenerative braking scheme and its control strategy are designed.The road testing,calibration and optimization are performed.T est results show that the control scheme and strategy is safe,https://www.doczj.com/doc/f015288949.html,ing the regenerating scheme,the energy consumption of battery can re2 duce by10percent and the driving range of EV in one charge can increase effectively. K eyw ords:Electric vehicle,E nergy regeneration,Control strategy 原稿收到日期为2003年12月29日,修改稿收到日期为2004年3月8日。 1 前言 电动汽车采用了新型的汽车动力,如何充分提 高车辆行驶能量效率,进而延长车辆续驶里程,是电 动汽车需要解决的一个关键问题。能量回馈是解决 该问题的主要技术措施。 能量回馈包括车辆制动能量回馈与车辆滑行能 量回馈两种。此时,驱动电机按发电机运行,将车辆 行驶动能转化为电能,可以起到3个作用:辅助制 动;回收能量给动力蓄电池充电,从而延长车辆续驶 里程;在车辆有供热需求时,直接利用这部分电能供 热取暖。 能量回馈制动与电动汽车其它电气制动方式 (主要有能耗制动、反接制动[1])比较,无须改变系 统硬件结构,回馈电流可柔性控制,可使制动效果与 能量回收效果综合最佳。因此,能量回馈是最适合 电动汽车的电气制动方式,其关键是能量回馈的过 程控制。电动汽车的能量回馈控制由整车控制与电 机控制交互作用而实现,作者在电动汽车制动能量 分析的基础上,设计一种能量回馈的整车控制方式, 并进行相应控制策略的研究。 2 制动能量分析 为了进行电动汽车能量回馈控制,需首先探明 其在各种用途中的制动能量回馈潜力。作者分别以 美国F TP工况、高速公路HFET工况、欧洲城市循 环ECE2EUDC工况和日本J P10154种循环工况为 例,进行制动能量的分析。 4种循环工况的驱动与制动能量如图1所示, 可见在这4种循环工况中,制动能量都占了不小的 比例,其中J P1015工况为2517%,ECE2EUDC工况 为18%,HFET工况为6%,F TP为25%。 回馈能量还与制动方式和回馈系统各环节的效 率因子有关[2]。电动汽车的制动方式包括:电气制2005年(第27卷)第1期 汽 车 工 程 Automotive Engineering 2005(Vol.27)No.1
初中物理专题复习能量转化中的效率计算 能量可以从一种形式转化为另一种形式，要实现这种能量的转化需要一定的设备，由于设备本身的限制，不可能将一种能量全部转化为另一种能量，这就出现了设备的效率问题。笔者发现，2011年各地中考以设备的效率为载体，围绕有用的能量和总能量涉及的相关知识设置考点，试题的综合性较强，覆盖初中物理的力、热、电、能量等知识。 1．锅炉的效率 例1．（2011鞍山）某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg 的无烟煤。水的比热容是4.2×103J／（kg·℃），无烟煤的热值是3.4×l07J／kg。求： （1）锅炉内的水吸收的热量是多少? （2）无烟煤完全燃烧放出的热量是多少? （3）此锅炉的效率是多少? 解析：试题以锅炉为载体，考查了吸热升温公式和燃料燃烧放热公式。要求锅炉的效率，需要清楚锅炉将燃料燃烧放出的热量转化为水的内能，因此水温度升高吸收的热量是有用的能量，无烟煤完全燃烧放出的热量是总能量。 答案：（1） （2） （3）锅炉的效率
2．柴油抽水机的效率 例2．（2011荆门）今年我省出现大面积干旱，造成农田缺水，严重影响农作物生长，为缓解旱情，很多地方采用柴油抽水机从江湖中引水灌溉。某柴油抽水机把湖水抬升4.5m流入沟渠，再去灌溉农田。已知在2h内抬升了1600m3的水，此柴油抽水机的效率为40%，柴油的热值为4.5×107J/kg，g取10N/kg，求：（1）此柴油抽水机2h做了多少有用功？℃ （2）此柴油抽水机工作2h消耗了多少柴油？ （3）此柴油抽水机的总功率为多少千瓦？ 解析：柴油抽水机将柴油完全燃烧产生的能量通过克服重力做功转化为水的重力势能。试题以此为载体，考查了质量、密度、重力、热值、功和功率等知识。 （1）虽然抽水机是将水连续地分批抽上去，我们可以想象成抽水机将全部1600m3的水一次性地在2h 内缓慢抬升4.5m，这就是等效法的应用。这样利用计算出水的质量，再用计算重力，然后用就可以计算出有用功。 （2）要计算柴油的质量，需要先计算柴油燃烧放出的热量。这就要利用柴油抽水机的效率为40%这个数据。教学中发现很多同学常犯一个错误，就是利用柴油抽水机做的有用功去乘以效率。避免错误的方法 是想清楚柴油燃烧放出的热量是总的能量，总的能量要比有用的能量数值大。应该根据，得到 。 （3）柴油抽水机的总功率应该用总能量除以时间计算，总能量就是柴油燃烧放出的热量，时间是2h，要注意把单位化成秒。 答案：（1）
电动汽车用直流无刷电机能量回馈研究 摘要本文对电动汽车用直流无刷电机能量回馈的种类进行了深入探讨，针对不同种类能量回馈的特点进行了详细分析，提出了各种回馈适用的条件。最后简要提出了能量回馈的控制方式，通过在产品中的成功应用，证明这种控制方式具有可行性。 关键词直流无刷；能量回馈；回馈制动 0 引言 随着能源供应的紧张，汽油的价格越来越高，使用电能作为汽车的动力将会是未来发展的大趋势。但是目前车用动力电池的储能低、充电时间长是制约其应用和普及的瓶颈。而采用能量回馈的方式，可以将电动汽车刹车时的能量回馈给电池，这就变相的增加了动力电池的储能大小，延长了电池一次充电的续驶里程，具有重要的现实意义。本文将专门探讨直流无刷电机在电动汽车中使用的能量回馈方式。 1 系统构成 1.1 整车动力系统组成 整车动力系统主要由蓄电池、直流无刷电机、电机控制器和霍尔位置传感器组成，见图1。蓄电池作为整车的电量储存设备，为电动汽车的运行提供电能。位置传感器采用120°电角度的霍尔传感器。电机控制器根据电机运行时的位置传感器信号，按照霍尔序列与三相全桥开关的对应顺序进行功率管的开关变换。霍尔信号与三相全桥的顺序如表1所列，通过图2所示的功率变换电路，将蓄电池的直流电转换成电机工作的交流电流。 功率变换部分主要由蓄电池、功率变换电路和直流无刷电机组成，如图2所示。假设电动汽车正向行驶时开关桥的顺序按照表1中的对应顺序，则开关桥和对应的感生电动势波形为图3所示变化。 1.3 回馈控制方式的分类 按照回馈的不同方式，将直流无刷的能量回馈分为自然回馈、全桥回馈和半桥回馈三种类型。 1.3.1 自然回馈方式 当电动汽车处于下坡位置，由于重力加速度使车速不断加快，电机转速随之升高。根据直流无刷电机的特性，当电机转速n大于时，线圈所产生的感生电动势就会超过电池电压U，将产生的电量自然的回馈到电池中。此时三相全桥中的六个mosfet均处于截止状态，mosfet的续流二极管处于三相整流工作状态。 1.3.2 全桥回馈方式 全桥回馈以t0～t2区间为例，此时T1和T4全部进行PWM调制。 当T1和T4均为导通状态下，选电池的负极为参考点，此时三相中点的电压U0=U/2，D6一直处于截止状态，电流运行方向为：电池正极→T1→A相线圈→B相线圈→T4→电池负极。 当T1和T4处于关断状态，此时三相中点的电压U0=-Ec，电流的运行方向为：电池负极→D2→A相线圈→B相线圈→D3→电池正极，由电机向电池回馈能量。 可以看出在t0～t1区间，D6虽然处于正向压降，但电路中并没有回路；在t1～t2区间，D6处于反向压降截止状态。所以在t1～t2整个周期内，D6一直处
1、能源加工转换企业转换效率问题 能源加工转换效率直接影响到企业综合能源消费量的准确与否，也是目前出现问题比较多的地方。分类别来看： 1）火力发电效率及其煤耗问题 火力发电转换效率一般情况下是相对稳定的。一组发电设备的投产运行，在没有大的技术改造和发生大的运行事故，导致机组停机和点火的次数、频率加大的情况下，其转换效率是相当稳定的。2007年全国规模以上工业企业火力发电效率为35%左右，中国电力联合会的统计口径为6000千瓦以上机组的发电企业，其发电效率数据略高于35%，而全部工业企业火力发电效率则会低一些。 火力发电转换效率的变化：要重点审核不同时期企业填报能源转换效率，及发生大幅波动的原因。在修订本期数据的同时，要注意统计口径，同时要对去年同期数据进行修订，以保证数据的可比性。 火力发电标准煤耗：火力发电标准煤耗是检验火力发电转换效率的重要指标，火力发电效率越高，其发电煤耗就越低。一般情况单机20万千瓦以上机组正常运行，发电标准煤耗一般在340克/千瓦小时左右，而单机几千千瓦到几万千瓦的综合利用小电厂的机组，发电标准煤耗则达到500克/千瓦小时以上，有的高达近1000克/千瓦小时左右。同时，发电机组的运行状况对煤耗影响也很大，要关注停机和点火的次数和频率。 2）供热效率及相关问题 生产热力对工业企业来讲，是个普遍存在的生产活动，按照制度规定，如果企业产出的热力完全自产自用，可不填报加工转换表，也不反映其供热效率。但产出的热力部分或全部外供时，则需要填报
加工转换表，计算加工转换投入、产出和效率，目前企业服役期锅炉热效率有60%到90%不等。 热电联产。热电联产企业的投入量，需要将能源投入分劈，在供热和发电两方面分别填报投入量，热电联产企业能源投入量，无法事先划分，而又确需划分的，可参照下面两种事后划分方法划分。 方法一：产出分劈方法。将热力和电力产出折算为标准量，然后按这个比例再分摊投入量，如果投入的是多种能源，也要按比例分别分摊，例如：原煤需要按比例分摊，如果还有油或者其他的能源，每一个能源品种都要使用相同比例分摊。 方法二：能源转换效率推算。如果方法一计算获得的能源转换效率，与本地区电力和热力转换效率或相同机组填报差异比较大，可以依据本地区供热和发电企业平均的能源转换效率计算，推算出各自的投入比例。 在选择能源分劈方式的时候，还要关注同一企业不同时期的数据衔接问题。 3）原煤入洗效率问题 能源统计反映的只是炼焦洗煤，不包括动力洗煤。原煤入洗效率和煤质的好坏关系非常密切。目前，全国原煤入洗效率在75%到95%不等。原煤入洗在核算产出量，计算洗煤加工转换效率时，不能把煤矸石计算在洗煤厂产品的产出量中，如果煤矸石计算产出，洗煤的加工转换就是100%，如果洗煤厂用煤矸石发电，应该在煤矸石对应的“回收利用”，填出它的回收利用量，用其发电的再填投入，之后填报发出电的产出量，电用于本企业消费则再填电的消费量。 4）炼焦效率问题
能量转化中的效率计算 能量可以从一种形式转化为另一种形式，要实现这种能量的转化需要一定的设备，由于设备本身的限制，不可能将一种能量全部转化为另一种能量，这就出现了设备的效率问题。笔者发现，2019年各地中考以设备的效率为载体，围绕有用的能量和总能量涉及的相关知识设置考点，试题的综合性较强，覆盖初中物理的力、热、电、能量等知识。 1．锅炉的效率 例1．（2019鞍山）某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg 的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤。水的比热容是4.2×103J／（kg·℃），无烟煤的热值是3.4×l07J／kg。求： （1）锅炉内的水吸收的热量是多少? （2）无烟煤完全燃烧放出的热量是多少? （3）此锅炉的效率是多少? 解析：试题以锅炉为载体，考查了吸热升温公式和燃料燃烧放热公式。要求锅炉的效率，需要清楚锅炉将燃料燃烧放出的热量转化为水的内能，因此水温度升高吸收的热量是有用的能量，无烟煤完全燃烧放出的热量是总能量。 答案：（1） （2） （3）锅炉的效率
2．柴油抽水机的效率 例2．（2019荆门）今年我省出现大面积干旱，造成农田缺水，严重影响农作物生长，为缓解旱情，很多地方采用柴油抽水机从江湖中引水灌溉。某柴油抽水机把湖水抬升4.5m 流入沟渠，再去灌溉农田。已知在2h内抬升了1600m3的水，此柴油抽水机的效率为40%，柴油的热值为4.5×107J/kg，g取10N/kg，求： （1）此柴油抽水机2h做了多少有用功？℃ （2）此柴油抽水机工作2h消耗了多少柴油？ （3）此柴油抽水机的总功率为多少千瓦？ 解析：柴油抽水机将柴油完全燃烧产生的能量通过克服重力做功转化为水的重力势能。试题以此为载体，考查了质量、密度、重力、热值、功和功率等知识。 （1）虽然抽水机是将水连续地分批抽上去，我们可以想象成抽水机将全部1600m3的水一次性地在2h内缓慢抬升 4.5m，这就是等效法的应用。这样利用计算出水的质量，再用计算重力，然后用就可以计算出有用功。 （2）要计算柴油的质量，需要先计算柴油燃烧放出的热量。这就要利用柴油抽水机的效率为40%这个数据。教学中发现很多同学常犯一个错误，就是利用柴油抽水机做的有用功去乘以效率。避免错误的方法是想清楚柴油燃烧放出的热量是总的能量，总的能量要比有用的能量数值大。应该根据，得
生物能量转换效率 根据科技部发布的《全民节能减排手册》，如果每月用手洗代替一次机洗，每台洗衣机每年可节能约1.4千克标准煤，相应减排二氧化碳3.6千克。如果全国1.9亿台洗衣机都因此每月少用一次，那么每年可节能约26万吨标准煤，减排二氧化碳68.4万吨。 对于清洁衣服，很多白领和年轻人有着很高的要求，怕染色、怕交叉感染，所以常常一堆衣服要分两三次洗完。其实，这是一种不低碳的生活方式，专家表示，如果每月用手洗代替一次机洗，每台洗衣机每年可相应减排二氧化碳3.6千克。 读者王小姐说，冬天时，每个周六她都要花一个下午来洗衣服，贴身衣物、深色外衣、浅色外衣，至少要用洗衣机洗三次。“其实贴身衣物很小很薄，虽然衣服少，但是洗衣机不会偷懒，还是用那么多水和电，我总是觉得很浪费。现在天气暖和了，完全可以用手洗代替，不仅低碳，还更干净。”自从用手洗衣服后，王小姐说她每周的洗衣时间缩短了一个小时，而且用水量也明显减少了。“我发现洗衣服还挺累的，就当锻炼身体了！” 这里明显有个问题，科技部认为手洗是不用能量的！其实生物的能量转化效率是较低的。 一只鹰2千克要吃10千克小鸟能量传递效率2/10=20% 0.25千克小鸟要吃2千克昆虫能量传递效率0.25/2= 12.5% 100千克昆虫要吃1000千克绿色植物能量传递效率100/1000=10% 真正有用的质量只有： 20%×12.5%×10%=0.25% 而且，生物做功时，有用的质量变成机械能还要浪费大部分，分解一分子葡萄糖产生2870KJ能量，而只有1161KJ用于合成ATP，只有ATP中的能量才被用于生命活动，其余几乎都以热的形式散失了。算一算大约40%多吧。 这样看来，利用人的手工劳动以代替机器是得不偿失的。所以有经验的老板总是用机器代替工人，不会像科技部那样建议手洗代替机洗的。
纯电动车能量回馈悬架系统设计 发表时间：2019-12-30T13:26:44.930Z 来源：《科学与技术》2019年 15期作者：刘毅 [导读] 本次研究中主要是从建模入手，不断开展仿真与研究工作 摘要：本次研究中主要是从建模入手，不断开展仿真与研究工作，进而在汽车设计中应用被动悬架进行对减震器机械能的优化，应用了LQG，通过优化设计的形式明确了主动悬架的能量需求以及其悬架在能力回收方面存在的潜力与价值，依照该方向与角度开展工作，研究并讨论。 关键词：电动主动悬架；能量回收；可行性研究 1 引言 在当前能量紧张以及可持续发展理念的影响下，节能减排已经成为了我国汽车及其零部件设计的重要方向与内容，而在悬架设计工作中如果可以将能量顺利的扩散并且降低汽车对于能量的吸收效果，就能实现对汽车动能消耗的减少，实现节能减排的效果[1]。 2 悬架系统主动控制算法研究 2.1悬架动行程反馈控制设计 工作中首先应当开展相应悬架的东形成反馈控制算法工作，实现动行程的反馈控制分离化，通过微分进行计算，但是在计算分析中容易受到一些高频或者一些连贯频率的干扰。而干扰效果主要是基于串联滤波器抑制高频干扰效果，形成对过程器形成中反馈控制器的干扰效果，最终形成不完全微分的计算与分析，这也是整个微分计算中可能存在的主要缺点。但是通过微分可以实现对不同周期中变化趋势的改变，解决了原先悬架动行程反馈控制点中存在的控制器周期差异变化趋势的问题，形成微分频率均匀的输出，真正形成微分作用，改善系统的性能，并且避免电机出现的频繁动作[2]。 微分数字在悬架动行程的反馈控制中可以采用传递函数进行表示，表示效果应当通过分散化的后阶向差进行输出，输出公式为： 在公式中，如果为1的话，采用微积分计算常数则应当尽量变小，比如说0.0001等类的值，同时基于采样周期T进行稳定性的提高。 2.2 单轨半车模型的建立 路面的输入关系与输出关系对于车辆的整体影响较大，前后车轮之间的轨迹对于输入与输出的相关性影响较大，圆柱状的路面可以更好的实现对车辆对称性仿真研究的要求，进而实现对称性，更加全面的考虑车在完全相同方式中运动的效果与运动形式。单轨半车模型的建立可以更加直观的展现出车辆的仿真效果与稳定性情况，如下图1。 图 1单轨半车模型 车身为刚体的时候，依照牛顿定律可以更好的实现对车身整体的研究与计算，进而得出相应公式： （ 系统状态中的内容主要可以基于方程内容进行研究体现，而用微积分的形式也可以很好地展现出来，形式如下：
《大学化学先修课》课程小论文 第十章小论文 题目：提高原电池能量转换效率有效方法 xxxxxxxxx xxxx 摘要： 提高原电池能量转换效率有效方法之一是利用盐桥，保持电中性就是化学原电池的盐桥起到电荷“桥梁”的作用，保持两边的电荷平衡以防止两边因为电荷不平衡（一边失去电子，一边得到电子造成的）而阻碍氧化还原反应的进行。实验证明，对于双液锌铜原电池，使用盐桥后原电池的能量转化率可提高很多。 关键词：原电池能量转换效率盐桥双液原电池 正文： 课堂上，曾经讲过提高原电池能量转换效率有效方法之一是利用盐桥，盐桥常出现在原电池中，通常是由琼脂和饱和氯化钾或饱和硝酸钾溶液构成的。用来在两种溶液中转移离子。 [1] 盐桥作用的基本原理是：由于盐桥中电解质的浓度很高，两个新界面上的扩散作用主要来自盐桥，故两个新界面上产生的液接电位稳定。又由于盐桥中正负离子的迁移速度差不多相等，故两个新界面上产生的液接电位方向相反、数值几乎相等，从而使液接电位减至最小以至接近消除。盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既可沟通两方溶液，又能阻止反应物的直接接触，可使由它连接的两溶液保持电中性。导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路，保持电中性就是化学原电池的盐桥起到电荷“桥梁”的作用，保持两边的电荷平衡以防止两边因为电荷不平衡（一边失去电子，一边得到电子造成的）而阻碍氧化还原反应的进行。[2] 带有盐桥的原电池中负极没有和反应物溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；而没有盐桥的原电池中的负极与反应物溶液直接接触，两者会发生置换反应，电子直接从还原剂转移给氧化剂，就没有电子通过外电路的定向移动，即没有形成电流，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。[3]实验证明，对于双液锌铜原电池，使用盐桥后原电池的能量转化率高达90.76%[4] 采用双液原电池是提高能量转换效率的有效办法。 如图所示，即为双液原电池。
初中物理效率问题
效率计算问题 我们已学过机械效率，而在近些年的中考中，效率已不再局限于机械效率，凡是涉及到能量的转移或转化，都会涉及到效率问题。在能量的转移（或转化）中，转移（或转化）之后的能量与转移（或转化）之前的能量的比值就是效率（或叫转移率或转化率），思考下面的一些实例，就可理解效率问题。 一、热效率 1、我们生活的佳木斯地区，到了冬季，因日照时问短，太阳能热水器的水达不到所需温度，为此人们研制了太阳能、电能两用热水器．大鹏家最近就安装了一台这样的两用热水器，如图所示，铭牌如下： （1）太阳能热水器贮满水，水温从20℃加热到50℃时需要吸收多少热量？（1L=10-3m3）（2）大鹏将水箱装满水，只使用电加热器将水从20℃加热到50℃时，需加热器正常工作多长时间？（设电能全部转化为热能） （3）在上述（2）情况下，加热器正常工作实际用了3小时，则此热水器的效率为多少？
（4）仅就太阳能热水器与电热水器相比有哪些优点？（写出一条即可） 2、每到夏收季节，高淳农村大量农作物秸秆在田间被随意焚烧，如图这不仅造成资源浪费、环境污染，而且极易引发火灾等。为解决这一问题，现已研制出利用秸秆生产的节能环保型燃料——秆浆煤。若燃烧秆浆煤，使50kg、20℃的水温度升高到 80℃。（热值为2.4×107J/kg）求： （1）水需要吸收的热量。 （2）如果秆浆煤燃烧释放的热量有30%被水吸收，需要完全燃烧 多少千克秆浆煤。 3、简易太阳能热水器的受光面积1 .4m2,内装80kg水，太阳每分钟辐射到1m2面积上的热量是8×104J,如果60％的热量被水吸收,问:20℃的水晒3h后水温升高到多少摄氏度？（水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)） 4、太阳能热水器是利用太阳能来对水加热的一种设备。小新同学家有一台太阳能热水器安装在离地面10米高的屋顶上，现需要将初温为10℃100kg的水，加热到60℃，则：（g取10N/kg） （1）把这些水从地面送到屋顶的热水器中，需要对水做多少功？（2）这些水要从太阳那里吸收多少热量？ （3）下雨时，改用热水器中的电辅助设备加热，其电辅助加热设备的功率为1500W，热效率是70%，若不计热损失，加热这些水需要多长时间？
学院 毕业设计开题报告 学生姓名：学号： 专业： 设计题目：电动汽车制动能量回馈研究 指导教师： 年月日
1．本课题的研究意义，国内外研究现状、水平和发展趋势 目前用于车载的电储能装置主要是蓄电池储能装置，储能装置既可以作为驱动系统提供能量，又可以作为回馈系统回收制动能量。 制动能量的回馈已经应用于少数豪华跑车，作为噱头，真正的效果并不尽如人意。但是这是一个必然的发展趋势，节能减排是整个世界的共同主题。从1990年起，世界各地的大型汽车公司如美国的通用、福特，日本的本田、丰田与日产等都加大了对电动汽车研究的资金投入。这些公司很快就制造出了概念电动汽车及电动汽车，而且很多概念车在当时就配置了制动能量回馈系统。 可持续发展是人类社会的共同目标。为了解决日益匮乏的原油煤炭资源以及尾气排放等问题，混合动力型汽车是现在及以后需大力发展及推广的重要举措。如今混动汽车，纯电动公交车已经推广至社会中的大街小巷。然而电动汽车在频繁的制动过程中有许多能量流失浪费，本次设计的任务就是在现有的技术基础上，研究电动汽车在行车制动时能量的回馈吸收，使能量得到进一步的利用，延长行驶里程。首先阐释如今电动汽车的能量运转方式，分析制动能量回馈的可行性，在现有技术基础上展开研究，阐述先进性。
2．本课题的基本内容，预计可能遇到的困难，提出解决问题的方法和措施 主要内容 1．电动汽车制动能量回馈的研究现状。 2. 电动汽车制动能量回馈的主要关键技术有哪些。 3．现有电动汽车能量回馈系统及回馈控制方法有哪些，各有什么特点。 4．熟悉电动汽车制动能量回馈的工作原理。 5．提出一种电动汽车制动能量回馈系统，阐述所提出系统的先进性。 可能遇到困难： 1. 供电电源的电压必须大于电机的感应电动势。当电机的感应电动势较大时，供电电源的电压较高，使得电源系统体积较大，成本较高。 2. 在电机的转速变化范围较大的场合，从电机的感应电动势到电源电压的变换范围较大，使得变换效率较低。 3. 在制动能量回馈系统中，当制动速度较低时，产生的感应电动势较小，由于功率变换器具有一定的变压比，感应电动势无法升压到电源电压，从而不能回馈能量，在频繁低速制动的城市公交车中，回馈效率低或几乎不能回馈能量。 4. 利用电机绕组电感作为升压电感，使得电感电流波动较大，产生的热量较大，增加了电机本身的损耗，且当电机绕组电感较小时，需要串联电感以平滑电流的波动，使得结构复杂。 5.电池寿命短。 为了解决上述问题，需要我们多多查阅资料，利用相关软件进行模拟设计，在不
功率因数和转换效率的区别 经常看到市场上有的电源宣称自己的转换效率高达99%，事实真的如此吗？主动PFC和被动PFC何差? 功率因数和转换效率分别是什么意思? 功率因数损失的电费谁为你来承担? 转换效率损失的电费又是谁为你来承担? 功率因数又叫PFC因数,大功率电源中一般都有PFC电路,市电是交流电,如果不整流成直流电,电脑是无法使用的,而功率因数就是将交流电整流成直流电的能力,这个过程是通过PFC 电路来实现的PFC电路分为主动式PFC(有源)和被动式PFC(无源)两种, 主动式PFC电路由高频电感、开关管和电容等元件构成，组成一个可以将输入电压提高的电路，从而减少电流在流向下级电路过程中的电能损耗。简单地说，主动式PFC电路就是一个升压器,具有体积小、重量轻、输入电压范围宽等优越的电气性能，通常它功率因数可达99％；被动式PFC结构相对简单，它利用电感线圈内部电流不能突变的原理调节电路中的电压及电流的相位差，使电流趋向于正弦化以提高功率因素。相对于主动式PFC电路，被动式PFC电路的功率因数要低得多，一般只有70-80％左右,同时被动PFC结构上和电感类似，在对电流和电压补偿的过程中，始终进行着充放电的过程，因而产生了磁性，最终会和周边的金属元件产生震动进而发出噪音。静音型PFC相当于两个非静音型PFC的叠加，达到震动互相抵消的目的。但是，在消除噪音的手段中，安装是否得当也是对静音效果影响较大的因素。在我们了解上述两种PFC结构后，那么我们在上面提到的
PFC因数究竟是什么呢? 其实电源的PFC因数表示的就是有多少电能被电源利用了(输入电源的实际能量／电网供给电源的能量) 对于主动式PFC电路来讲，功率因数可以达到99％的水平，而被动式PFC 电路只能达到上面所说的70-80％而已。通俗的说假如一款标称400W 的电源，电源需要输入200W电量时,如果它采用了主动式PFC电路，那么电网只需要拉202W(200/0.99)电力过来，几乎没有损失,而如果采用的是被动式PFC电路,那么电网需要拉250W(200/0.8)左右,损失了50W,也就是说PFC因数是影响一款电源的电能利用率的指标,但损失那50W我们用户是不需要付钱的,因为那归属于是电力局线路上损失,电力局是没有权力向你要钱的。电源转换效率:这个概念比PFC因数要复杂一些，电源本身是一个“供电器”，同时它又是一个“耗电器”。输入电源的能量并不能100％转化为供主机内各部件使用的有效能量，未被利用的电能转化为热量散发,这样就出现了一个转换效率的问题。我们可以用这个公式来解释电源转换效率：电源转换效率=电源为主机提供的即时输出功率／输入电源的即时功率×100％,一款电源的转换效率会由于其内在的变压电路、电流转换器以及功能电路都会有所不同，再加上自身的功率本来就不相同，所以不同的电源产品其电源的实际转换效率也会不同。另外，即使是同一款电源产品，在不同的工作状态下，其转换效率也是有变化的。由于电源的输入电压是额定的220V，而输出电压则有+12V、+5V、+3.3V不同的规范，这就表示电源里至少拥有三种不同的变压器，由于三种变压器的功耗不尽相同，就意味着+12V、+5V和+3.3V的电压输出其各自所对应的
理想气体等温、绝热膨胀过程中的 热功转化和能量转化效率的不一致性 1、对等温过程的描述的困惑 (2) 2、等温膨胀的条件 (3) 3、等温膨胀过程中外力输出功的计算 (8) 4、等温收缩过程中外力的输出功 (11) 5、等温过程中所参与外力的输出功的性质 (14) 6、等温膨胀过程的能量转换效率 (14) 7、准静态绝热膨胀的性质讨论 (19) 概述： 本文主要讨论了在学习理想气体等温过程中存在的困惑。 分析了理想气体等温膨胀所需要的条件，认为理想气体没有绝对意义上的等温过程，现实中的等温过程是有无数个微小温差的非等温过程组成；认为准静态等温膨胀过程是无法自主进行，是在外力作用下的被动热力学过程；认为等温膨胀过程进行中需要外力消耗能量对外部环境做功，并给出了功的计算方法。 分析了等温膨胀过程中能量转换效率，认为在考虑外力消耗能量情况下，能量转换效率是不能达到100%的。分析了等温膨胀过程中的能量转换效率的计算方法及影响因素，认为等温膨胀过程中能量转换效率仅和始末状态的压强比值 K相关。 P K取值，等温膨胀能量转换效率变化曲线图。 绘制了随不同P 讨论了准静态绝热膨胀过程中的热力学性质，认为理想气体的准静态绝热膨胀也是要借助外力参与的被动热力学过程。认为在计算准静态绝热膨胀过程能量转化效率时，和等温膨胀一样，也必须考虑在整个过程中所参与的外力F 在膨胀过程中消耗能量这一因素。
1、对等温过程的描述的困惑 我们在用图形说明等温膨胀过程的时候，往往用下面的例子： 一个内部是理想气体的气缸，放在恒温槽内，活塞上有一堆细 沙，每次拿掉一粒，该膨胀过程是无限缓慢的，每一步都接近于平衡态，这样气缸内的气体所经历的过程就是等温过程。 这样的等温膨胀过程，就实现了对外界做功，气缸输出功的一 部分转变为移出沙子的重力势能，一部分用来克服外压。 现在的问题是，我们在移出沙子的过程中要不要消耗能量？ 理想气体的等温过程方程为： =V p V p 2211 在p-V 图13-9 如图13-9(或 增加)o p
第二章能源的转换与利用 第一节能量转换的基本原理 1 概述 从热力学的角度看，能量是物质运动的度量，运动是物质的存在的方式，因此一切物质都有能量。 2 能量守恒与转换定律 能量守恒和转换定律指出：“自然界的一切物质都具有能量；能量既不能创造，也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体；在能量转换与传递过程中，能量的总量恒定不变。” 热力学第一定律：能量守恒 系统的内能=系统吸收的热量+对系统做功 3 热力学第一定律 任何处于平衡态的热力学系统都有一个状态参数U（内能）。系统从一个平衡态变化到另一个平衡态时，内能等于系统吸收的热量和系统对外做功之和。 4 能量贬值原理 自然界进行的能量转换过程是有方向性的。 不需要外界帮助就能自动进行的过程称为自发过程，反之为非自发过程。自发过程都有一定的方向。 能量不仅有量的多少，还有质的高低。热力学第一定律只说明了能量在量上要守恒，并没有说明能量在“质”方面的高低。 水总是从高处向低处流动 气体总是从高压向低压膨胀 热量总是从高温物体向低温物体传递 热量传递有方向性 4 热力学第二定律的克劳修斯说法 不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。 为了将热量从冷态输送到热态，您需要一个装置，例如热泵或冰箱，持续做功。 5 热力学第二定律的开尔文–普朗克说法 不可能从单一热源吸取热量使之完全转变成功而不产生其他影响。
热力学第二定律的实质就是能量贬值原理。 热力学第二定律深刻地指明了能量转换过程的方向、条件及限度。 6 能量转换的效率 根据能量贬值原理，不是每一种能量都可以连续地、完全地转换为任何一种其他形式的能量。 各种不同形式的能量，按其转换能力可分为三大类： （1）无限转换能（全部转换能），如电能、机械能、水能、风能、燃料储存的化学能等；（2）有限转换能（部分转换能），如热能、流动体系的总能； （3）非转换能（废能）。 在能量利用中热效率和经济性是非常重要的两个指标。 由于存在着耗散作用、不可逆过程以及可用能损失，在能量转换和传递过程中，各种热力循环、热力设备和能量利用装置的效率都不可能达到100%。 7 火电站的能量转换效率是多少？ Overall efficiency: 88% ×46% ×98% = 40% 第二节化学能转换为热能 1 概述 燃料燃烧是化学能转换为热能的最主要方式。 能在空气中燃烧的物质称为可燃物，但不能把所有的可燃物都称作燃料（如米和沙糖之类的食品）。 所谓燃料，就是能在空气中容易燃烧并释放出大量热能的气体、液体或固体物质，是能在经济上值得利用其发热量的物质的总称。 燃料通常按形态分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。 天然的固体燃料有煤炭和木材；人工的固体燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭应用最为普遍，是我国最基本的能源。 天然的液体燃料有石油（原油）；人工的液体燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。 天然的气体燃料有天然气，人工的气体燃料则有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液化石油气等。