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院士专家校园行丨程建兴教授走进广州市萝峰小学,科普“新能源汽车”

来源:广州市科学技术协会 发布时间:2022-05-25 浏览量:223
2022年广州院士专家校园行
邀请资深环保科普专家程建兴教授
带着“新能源汽车”的知识走进校园
萝峰小学的同学们一起探索科学奥秘

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本期特邀专家 程建兴教授



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仲恺农业工程学院硕士生导师,高级工程师,广东省测量控制技术与装备应用促进会理事,广州市仪器仪表协会常务理事。在高校工作25年,曾主持广东省科技厅、广东省农业农村厅和广州市科技局的多项科研项目,发表各类科研论文二十余篇。电气自动化,新能源技术,电力电子及全电农机技术方面专家。
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课程介绍




在演讲开始之前
程教授先进行了一段即兴演讲
语重心长地向同学们讲述了科学的重要性
激发了同学们的兴趣和好奇心

在本次演讲中
程教授用朴实、亲切又专业的语言
带着同学们了解“新能源汽车”

他从三个关键性问题入手
循序渐进地向同学们拓展新知识
他还不时地穿插生活案例
以此拉近同学们的距离
让演讲从枯燥变得生动

让我们跟着程教授的讲解
一起去寻求问题的答案
了解“新能源汽车”的全新科学领域

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科普时间




新能源汽车的种类分三种:纯电动汽车,油电混合汽车,燃料电池汽车。


问题一

国家为什么要发展新能源汽车?



原因一:保证能源安全
2021年全国机动车保有量达3.95亿辆,其中燃油汽车3.02亿辆,这3亿辆车每年大概消耗1.25亿吨汽油,1.25亿吨汽油大概需要消耗5亿吨石油,同时燃油汽车市场还会持续增长,汽油消耗量也会不断增加。

原因二:减少碳排放
在2021年全国两会上,我国明确提出“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的“双碳”发展目标,并将其写入政府工作报告。但作为以煤炭为主、化石能源占比较大的发展中大国,达成“双碳”目标,任务艰巨。而中国汽车行业能否如期甚至提前完成减碳任务,对于这一目标能否实现起着至关重要的作用。

哈尔滨理工大学教授、汽车电子驱动控制与系统集成教育部工程研究中心首席科学家蔡蔚分享的一组研究数据显示,按照我国现在71%的煤发电比例来进行计算,相比于开燃油车,开电动车可减少约42%的碳排放。由此我们也可以得出,如果开10万公里,电动车可减少碳排放0.676t,如果开15万公里,可以减少10.14t,如果开30万公里,则可以减少20.28t。

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原因三:节能
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问题二

新能源汽车的工作原理是什么?



油电混合的车一共有三个单元,一个单元叫锂离子电池,一个单元叫控制单元,还有一个单元叫混合动力系统

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锂离子电池:是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。通过再生减速的电能和发动机的动力,储备发电电力并提供给电动机,释放出密度高、重量轻、体积小的高输出功率。

控制单元:它不仅能把直流变电流,并给电机供电 ;它还能把交流电变直流电,给蓄电池充电。除此之外,它能控制7种工作模式。

混合动力系统:包括一个发动机和一个电动机,一共是两个动力,叫油电混合。

汽车发动机原理:发动机(Engine)是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器。发动机经过进气、压缩、作功、排气四个行程完成一个工作循环,在这个过程中,活塞上下往复运动四个行程,相应的曲轴旋转两周。

汽车电动机原理电动机(Motor)是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩。电动机由两部分组成:能够转动的线圈和固定不动的磁体。在电动机里,能够转动的部分叫做转子,固定不动的部分叫作定子。电动机工作时,转子在定子中飞快地转动。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用,使电动机转动。 


问题三

我们为什么要研究自动驾驶?



自动驾驶里面有三个系统,分别是感知层、决策层、执行层。

感知层:作用在于通过传感器(激光雷达、毫米波雷达、摄像头等)感知周围的环境、障碍物,让系统“了解”路况,知道周围有什么,方向是什么。同时,这其中还包含高精度地图,可以与传感器实时数据协同,实时进行导航。

决策层:传感器会对周围环境进行充分感知,从而生成庞大的数据信息,而决策层需要在接受这些信息后,从安全性、舒适性、节能性等多个方面综合考虑,从而找住最优、最合理的驾驶决策,然后将指令发送至执行层,实现车辆的自动驾驶。

执行层:是“决策”的执行者,在接收到决策层发出的指令后,对车辆进行控制,完成加速、刹车、转向等实际驾驶动作。

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因此,研究自动驾驶的原因可以概括为:机器不会闯红灯;机器反应比人快;机器不会疲劳驾驶。总而言之,研究自动驾驶的根本目的就是能够减少交通事故的发生,更好地避开手动驾驶存在的安全隐患,保障市民的生命安全。

科技的力量让人惊叹
同学们听得津津有味
有些同学还做足了功课
自带小本本记下关键信息
程教授的讲解通俗易懂
让深奥的科学知识变得生动有趣

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专家答疑




科普结束后
现场的同学们
纷纷举手
向程教授提出自己的疑惑

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学生提问:全部汽车实现全自动驾驶多久能完成?


专家解惑:驾驶里面有分等级,一共是5级,从L1到L5。目前国外有的地方已经到L3的级别,我们国内在深圳、在长沙、在北京、广州一些地方也可以。至于什么时候能够实现?这需要我们大家一起努力。



学生提问:自动驾驶不是绝对的安全,为什么还要用公交车的无人驾驶呢?

专家解惑:这包含了一个概率问题,当一件事情90%都是利,只有10%可能产生意外,我们是不是可以去努力尝试,也有可能给我们带来变化,所以我们要大胆的去尝试新生事物。



学生提问:新能源汽车现在发展到哪个阶段,有什么好的技术趋势?

专家解惑:新能源汽车是为了能源安全、碳排放、省油而发展起来,而且现在越来越多不是这个行业的人都投入大量的资金到这个领域来,因此新能源汽车今后的发展会越来越好。至于还有什么新发展,第一个是电池,如果电池容量够大,我们的里程更远。第二个是控制系统,汽车什么时候超车?什么时候加速?什么时候减速?系统如果过关,新能源车也会提升。第三个是油电混合,如果油电混合更完善,油电车将替代现在的油车。

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科学技术的巨大进步
给我们的生活带来便利
让我们的梦想变成现实
院士专家校园行通过科普课程
激发了同学们对科学的兴趣
使同学们在循序渐进中养成
学科学、用科学和爱科学的良好习惯
并教育他们学习中国科学家
独立思考、自主探索的创新精神

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广州“院士专家校园行”活动


科技是国之利器,教育是国之重器,少年是国之未来。青少年科普教育是提升科学素养和创新精神的打底工程,对国家发展和民族复兴具有非常重要的战略意义。广州“院士专家校园行”项目是广州市科学技术协会和广州市教育局专门为广州市中小学生精心策划、量身打造的年度科普活动,通过邀请优秀科学家深入广州地区中小学校开展科普讲座,让青少年与科学大师亲密接触,收获知识的同时感受科学家的人格魅力和不断探索、勇于创新的科学精神。

自2017年3月活动开展以来,该项目先后邀请了包括欧阳自远、张景中、陈新滋、刘人怀、钟世镇、黄乃正(香港)、方滨兴、杜如虚、林浩然、叶玉如(香港)、吴硕贤、刘焕彬、徐义刚、张培震、罗锡文、苏国辉等16名院士在内的90余位不同领域的科技工作者,在广州433所中小学校为15万多中小学生开展科普讲座441场,深受学校和广大师生的欢迎。



来源:广州市青少年科技中心