Arjo van der Ham,光年
光年一号是一项非凡的创新:它是一款全轮驱动的五座电动汽车,由太阳充电。这项创新的关键挑战是在驾驶时将所需能量与太阳能电池板有限且波动的能量产量相匹配。MathWorks解决方案被光年工程师用作“瑞士军刀”,以应对这一挑战,优化从太阳能电池板及其配套电子设备到车辆的能量流。本演示概述了光年迄今为止取得的成就及其持续的使命:人人清洁机动。金宝搏官方网站
记录日期:2019年5月20日
欢迎各位。我是Arjo van der Ham,光年的联合创始人和首席技术官。今天是我使用MATLAB的十周年纪念日。我想带你们了解一下我们一直在做的事情。
这是我所做的第一件事之一。它始于我在埃因霍温大学学习电气工程的第一年。我们使用这种自动化测试脚本来测量双极晶体管的集电极发射极电压。整个岁月,整个年来,我开始真正看到Matlab的附加值作为一个普遍的工具,也在我的个人生活中。
所以我做了很多蒙特卡洛模拟,矩阵中的每个数据点都有1万,来计算在棋盘游戏《Risk》中赢得一场战斗的几率。从那以后我再没输过。所以我只能建议你也这么做,或者做得更聪明一点。
当然,我们也在做一些更严肃的事情,比如这个。这是一个用户界面与工具,以控制一个新的拓扑为一个电机逆变器的功率转换器。但我也建立了许多类似的控制系统模型使用Simscape建模一个六自由度飞行模拟器的动力学,诸如此类。
但最后,我真正使用MATLAB最多的是这个。这是我常用的旧台式计算器。我想我想说的是,我认为MATLAB真的是工程师的瑞士军刀。你说出来,它就会成功。这也是我们如何在光年利用它来实现我们为每个人清洁机动的使命。请欣赏视频。
地球,我们美丽的小星球 - 一个住的地方,发现,旅行。作为人类,我们一直都喜欢四处走动。几千年来,我们已经使用了母亲自然给我们的能量。我们发现我们可以通过挖掘和燃烧自然创造的内容来进一步越来越快。
而且,现在我们以前从未如此旅行。每年使用化石燃料的总距离距离仅超过9.5万亿公里,一个轻的年份。我们的目标是让人们在2035年之前只使用自然的力量来旅行相同的距离。
我们宣布开发一辆直接使用自然最大的能源来源的汽车。它今天在这里,明天,它将永远在这里。作为这一领域的先驱,我们已经成功地建立了原型。现在,现在是时候巨大的飞跃了。
我们的任务是只用太阳能旅行一光年的距离。
因此,我们的使命是为每个人创造清洁的流动性。但实际上,我们为什么要这样做呢?嗯,如果我们看看今天的情况,只有大约3%的世界人口能够使用100公里范围内的公共充电站。而必须开发充电站确实限制了电动汽车的采用。事实上,这个解决方案,正如大家现在提出的,大致看起来是这样的。
所以首先我们必须用可再生能源取代所有的燃煤电厂。我们必须对电网进行重大升级。每个人都必须安装家用电池和太阳能电池板。我们必须在全世界安装大约10亿个充电站。你们所有人还得买电动汽车。
我们的建议是尽量避免这些昂贵的基础设施投资,尽可能直接从汽车上的太阳能电池板,从太阳中获取汽车所需的能源。为了向大家展示这一点,我们正在开发光年一号。光年一号是一款五座电动汽车r、 它的设计是为了提高效率,尽可能提高驾驶效率。
车顶、引擎盖和车尾箱都装有太阳能电池板。在荷兰,太阳能电池板每年可以为你提供10000公里的航程。如果你去阳光更充足的地方,比如西班牙之类的地方,我想大概是1.5倍。如果你去加州,就会多一倍。这是很好的。但如果你每天都开这辆车,这意味着什么呢?
嗯,想象一下在葡萄牙海岸进行一次冲浪之旅。你沿着海岸开了1100公里。你把后面的长凳折叠起来,把你的冲浪板、自行车、高尔夫球包、滑雪板等等放进去。这一切都符合。如果你花了两周的时间去旅行,你就不用再充电一次了。这就是这种车给用户带来的自由。
当然,我自己并没有这么做。因此,我们现在在赫尔蒙的汽车园区拥有一支大约130名工程师的团队。这真的是年轻人才和行业经验的结合,以达到正确的平衡。
我们从合作伙伴那里得到了很多帮助。特别是,我们努力专注于真正让汽车与众不同的事情,做我们自己。对于更传统的汽车工程,我们尝试与许多行业合作伙伴合作。
而且,我们也被投资者的帮助,即使是第一个客户也在帮助。到目前为止,我们已经为Lightyear提供了超过80美元的付款。该公司于现在由大约60名私人投资者提供资金。
当然,我认为你们大多数人都是技术人员。所以你在想,我们到底是怎么做到的呢?你是怎么做到的?当然,我要告诉你们一点。第一步是从头开始。
想象一下,蓝色的条是当前电动汽车的能源消耗,黄色的条是太阳能电池板的发电量如果你把它放在传统汽车的形状上。我们真正要做的是将两者匹配起来。我们怎么做呢?还有一些步骤。
因此,第一个是使汽车更轻,只是使用轻质材料来降低能耗。因为这样做,你需要更小的电池和更轻的电机来达到相同的性能。因此汽车变得更轻。因此,你进入了这种轻量化的下降螺旋,这是真正从航空工业中了解到的也试试看。
在某个时间点,你可以减少汽车的重量,以开发足够的扭矩使用轮内电机。这些轮内马达,它们增加了效率因为你不再需要最后的驱动。你不再需要它们之间的微分了。这不仅给了你很大的空间,而且,从长远来看,更好的维护,等等,因为车里的活动部件更少了。但它也给了我们设计的自由,以改善底部的空气动力学。
此外,我们还通过在后轮上增加车轮飞溅来改善空气动力学性能,还通过用摄像头更换后视镜来改善空气动力学性能。总之,这大大降低了能源消耗。但这还不足以使其匹配。因此,你还必须在另一边工作。因此,我们在那里做的工作,首先,听起来很琐碎,但很简单这听起来很琐碎,但这是你必须从一张干净的床单开始的原因之一,并确保,实际上,汽车的形状可以把所有的太阳能电池板都放在上面。
此外,我们还提高了将太阳能转化为电池的电子设备的效率。这就是我想深入探讨的,因为我也是一个技术人员,我忍不住要告诉你们。
所以我们将稍微回来,看看我们在整个年份都在太阳挑战中做了如何。在那里,目前的艺术状态看起来像这样。所以我们在车上有一堆太阳能电池。大约有125人将串联连接。然后将有一个将其转换为电池的中央转换器。
这样做的主要缺点是,接受阳光最少的电池,也是最弱的电池,会限制电流通过导线,对小组里所有的电气工程师来说。这些不匹配——你可以从阴影中得到它们,也可以从曲率中得到它们,因为如果你有这个曲面,总有一个细胞接收到的阳光会更少。
因此,我们总是建造,为了光线,我们建造了平屋顶的汽车。这种平屋顶,我们并不喜欢,因为它限制了设计师的设计自由,也限制了空气动力学性能。所以对我们来说,这很清楚。如果我们要开发商用车,这是我们需要跨越的桥梁之一,也是我们需要修复的。
首先,这个问题到底有多大?调查的影响有多大的曲率对细胞的数量,我们定义这个分组效率之间的比率的权力从分组细胞和大量的力量,我如果我能够操作每个细胞在其最大功率点。
给你一个想法,如果我们有Stella的平屋顶,它最终会有一点弯曲。这就是为什么它不是100%。你得到的分组效率约为98.6%。如果你有一辆非常弯曲的大众甲壳虫,你会损失25%的可用能量,这当然有点太多,这是一个遗憾。解决方案非常简单d、 你想要去更小的组,更少的单元串联。这叫做分布式最大功率点跟踪。
这是怎么做到的呢?大约是这样的。我们有旧的情况,所有的细胞串联起来。然后想象你在这里看到的每个太阳能电池实际上是一小群串联的太阳能电池。假设所有这些组,其中一组接收到的阳光较少因为它是弯曲的或者有阴影,而另外两组,他们各接收到12个阳光。
如果你像这样连接它,那么下面的基团会限制电流通过上面的基团。因此,我们只能得到18瓦。在输出的30瓦特中,我们只能得到18瓦特的输出。所以大约一半的能量损失了。当然,这有点令人羞愧。
传统的解决方案是放置这个旁路二极管。使用旁路二极管,我们关闭了限制的群体。因此,我们允许另外两个组输出全部12瓦的功率。输出是24,但仍然不是30。
所以,我们用最大功率点跟踪来做什么,就是在每个组中添加一个平衡转换器。这些平衡转换器的输出并联连接。然后我们通过这样的方式来控制它们,每一个连接到强组的转换器通过总线从强组获得一点功率。连接到较弱组的转换器从总线上取一点电,然后将其发送到各个组,这样最终,来自每个组的净功率是相等的。
现在没有电流限制了,我们可以在汽车的输出上得到所有的30瓦,当然,如果我们假设所有的转换都是无损的,不是这样的,但效果不是那么大,我们会看到。在稳定状态下,所有的组都在最大功率点,通过总线的净功率为零。
现在对我们来说,问题是,这个系统很好,但是我们现在需要在每组中放置多少个这样的电池才能在效率和成本之间达到一个良好的平衡,等等?为了研究这个问题,我们制作了一个完全基于MATLAB的模型,我们从汽车的CAD文件开始。这个CAD文件,我们使用一种算法来放置太阳能电池在汽车的区域。所以它看起来大致如此。
然后我们使用聚类算法将这些太阳能电池分组。然后我们将其与典型的模型年天气数据相结合,这是建筑工程师用来计算建筑气候的同一类型的天气数据,等等。利用这些数据,我们可以精确地计算出,对于每个太阳能电池,每个电池上的辐照度是多少。
利用它,我们可以计算每个太阳能电池的IV曲线。如果我们把它和细胞在组中的位置结合起来,我们就能计算出所有个体组的静脉曲线图。现在群组的IV曲线的最大功率点和细胞的最大功率点之间的比值给出了我们一直在讨论的群组效率。
然后我们运行一个PV的稳态模型来隔离总线结构,我们在上一张幻灯片中展示了它来计算β。β是我们添加的转换器处理的功率和通过系统的总功率之间的比率。你需要它来计算系统的效率最后是系统。
我也要给你们看这个因为我总是喜欢看算法的工作,所以我忍不住要把它放进去。那么这种聚类算法是如何工作的呢?我们需要聚集76个点,把所有的太阳能电池分成8个9到10个大小的电池组。我们要做的是,首先,随机初始化集群。然后每个集群可以选择它想要的组中的一个单元格。现在,我们这样做了几次,你就看到了组的创建。
然而,没有足够的细胞留给每组。因此,我们允许丢失的单元格选择他们想要的哪个组。现在我们有群组,但他们看起来很糟糕,因为实际上,你希望这些小组真正靠近,因为连接在一起的电池具有大致相同的方向。因此,您在该群体中不匹配,您可以获得更好的分组效率。
所以我们现在要做的就是改变所谓的互换提议。所以每一组都可以说,我想把这个单元格和这边的单元格交换一下。如果我们都像这样变得更好,如果群体变小,那么这就是一个好的解决方案,我们就这么做。所以开始交换,你会看到分组变得更加整洁,我们继续交换,直到解决方案不再改进。然后是最后一组。
我们主要使用这个算法是因为我们想调查不同车辆的不同组别大小。当然,你也可以手工完成,但这会变成很多工作。对于最后一辆车,一旦它是一辆车,我们就要手工完成,我们确切地知道组别需要多大,主要是为了优化它们的电气性能所有电缆的ical布线等等,并通过这种方式使其更加高效。
这个算法,整个模拟,我们用来比较四辆车。当然,我们也计算了轻的那个,但我现在不允许给你们看。所以它不在幻灯片上。
但我能告诉你们的是我们用了两辆典型曲率的车。较轻的那个和这两个的曲率大致相似。这是一辆菲亚特Punto和特斯拉s型车。然后我们用了一辆车顶很平的斯特拉,和一辆车顶很弯的大众甲壳虫。
如果我们比较它们并通过模拟运行它们,这些就是大致的结果。在底轴上,你可以看到每个组中有多少个细胞。在这里你可以看到分组效率,也就是说,由于曲率,我们实际上损失了多少能量。你首先看到的是,如果我们在每个组中放置一个单元,那么每个单元都可以在其最大功率点上运行,因此,根据定义,分组效率是100%。
你还可以看到,如果汽车的曲率增加,分组效率下降得更快,当然,这是我们预期的。如果我们看看多大的权力实际上是被处理的转换器,我们引入了更高效,首先你可以看到在底部,如果你把所有的屋顶上的细胞在一个组,和我没有任何平衡转换器了,所以的力量正在处理是零。曲率越大,处理的能量就越大。
但有趣的是,有趣的是,正在处理的电力总量实际上围绕10%至12%的范围,这意味着这些转换器实际上只处理了小部分的电源,以便在稳态解决方案中获得系统.这意味着该系统对我们推出的新转换器的效率并不敏感。
如果我们查看结果,那么我们已经离开了菲亚特Punto,因为它因为类似的曲率而与tesla完全相同的结果 - 我们可以将旧系统与新系统进行比较,为曲率增加曲率的新系统,可以看到效率实际上是由两个数字组成的。因此,它是分组效率,即关于曲率的效果是多大的分组效率,以及转换效率,这是旧系统的效率,即旧系统的转换器。在底部情况下,转换效率包括该转换器的效率,平衡转换器的效率,以及该β的数字,这些新转换器正在处理多少功率。
如果你比较一下,对于一个平屋顶来说,这个系统绝对没有意义。所以不要使用它。您是否获得了一点点分组效率,但您在转换效率方面的损失比您获得的要多。然而,对于更多的曲线车,您可以看到传统系统的分组效率下降得非常快。然后在转换效率上加上一点实际损失实际上可以弥补它。
总的来说,我们获得了15%的动力输出。实际上,这意味着在太阳上行驶的距离不再是每年8000公里,而是每年10000公里。最后,系统对汽车最终设计的影响是非常大的。如果曲率再大一点,比如大众甲壳虫,它甚至是18%。
现在,好的,这一切都听起来很好,当然。但我觉得你们所有人也在想,好的,但是什么时候去看车,什么时候通过市场?好吧,它仍然只覆盖几周。但我们今年6月25日展示了汽车的第一个原型。然后在2020年底,预期第一次交货。在2021年,我们开始升级生产,我们开始了新模型的开始。并给你一点点公司的氛围,我有一个最后一个视频关闭。
哇,你能感觉到嗡嗡声吗?我做的事。女士们先生们,我真的很激动。我觉得这里有蹊跷。我很想看到它变得非常,非常,非常大。
我确实认为再过几年,当你在街上看到这些车时,一个孩子会转过头说,嘿,看,爸爸,一辆来自未来的车!我想现在最好是给你们看光年一号。
是的。很抱歉,你还得等一会儿。但在6月25日,它也将公开展示,汽车将是什么样子。谢谢您的关注。
你也可以从以下列表中选择一个网站:
选择中国网站(以中文或英文)以获取最佳网站性能。其他MathWorks国家网站未优化您的位置。