用于车辆的碳足迹估计方法和碳足迹估计系统与流程

1.本发明涉及一种用于车辆的碳足迹估计方法和用于执行这样的方法的碳足迹估计系统。


背景技术：

2.目前，对于乘用车碳减排的研究主要聚焦于对车辆全生命周期的碳足迹计算，其包括原材料获取、整车生产、能源生产及使用、维修保养阶段直至废弃处理。然而，现有的基于制造好的车辆的碳足迹计算方法很难对整车的设计提出有针对性的指导，因为一旦车辆进入量产阶段，用于降低全生命周期的碳足迹的措施将十分受限。由此，在车辆的研发阶段，需要对整车的碳排放进行整体的把控。


技术实现要素：

3.根据不同的方面，本发明的目的在于提供一种在车辆的研发阶段快速估计碳足迹的方法和系统。
4.此外，本发明还旨在解决或者缓解现有技术中存在的其它技术问题。
5.本发明通过提供一种碳足迹估计方法来解决上述问题，具体而言，其包括如下步骤：
6.s100：建立所述车辆的碳足迹模型；
7.s200：将所述碳足迹模型划分成第一模块和第二模块，所述第一模块的碳足迹能够从数据库中获取，所述第二模块的碳足迹不能够从数据库中获取；
8.s300：基于所述碳足迹模型，估计所述第一模块和所述第二模块在生产阶段的碳足迹；
9.其中，步骤s300包括如下子步骤：
10.s301：从数据库中获取所述第一模块在生产阶段的碳足迹；
11.s302：基于所述第二模块的尺寸参数和材料，估计所述第二模块在生产阶段的碳足迹。
12.根据本发明的一个方面所提出的碳足迹估计方法，所述第一模块包括动力电池系统、电驱动系统和座椅系统，和/或所述第二模块包括白车身系统和底盘系统。
13.根据本发明的一个方面所提出的碳足迹估计方法，在步骤s302中，取决于所述白车身系统的材料，基于所述白车身系统的平均体密度和所述白车身系统所包围的理论体积对所述白车身系统在生产阶段的碳足迹进行估计。
14.根据本发明的一个方面所提出的碳足迹估计方法，所述平均体密度取决于车辆的车型和用于制造所述白车身系统的材料的比例。
15.根据本发明的一个方面所提出的碳足迹估计方法，在步骤s302中，基于所述碳足迹模型的前轴和后轴对白车身系统进行划分，并且分块地估计所述白车身系统所包围的理论体积。
16.根据本发明的一个方面所提出的碳足迹估计方法，基于所述碳足迹模型的前轴和后轴将白车身系统划分成多个立方体并且分别计算所述立方体的理论体积。
17.根据本发明的一个方面所提出的碳足迹估计方法，在步骤s302中，基于所述碳足迹模型的轴距估计所述底盘系统在生产阶段的碳足迹。
18.根据本发明的一个方面所提出的碳足迹估计方法，在步骤s301中，根据所述碳足迹模型中动力电池系统的材料、能量密度和质量，从数据库中获取其在生产阶段的碳足迹。
19.根据本发明的一个方面所提出的碳足迹估计方法，所述第二模块还包括附件系统，所述附件系统包括内饰件，根据所述第二模块的尺寸参数估计所述附件系统在生产阶段的碳足迹。
20.根据本发明的另一方面，本发明提供了一种能够用于执行上述方法的碳足迹估计系统，其包括：
21.输入装置，其配置成用于输入车辆参数；
22.模型生成装置，其与所述输入装置相连并且配置成用于基于所输入的车辆参数建立碳足迹模型，所述碳足迹模型包括第一模块和第二模块，所述第一模块的碳足迹能够从数据库中获取，所述第二模块的碳足迹不能够从数据库中获取；
23.存储器，在其上存储有第一模块在生产阶段的碳足迹；
24.估计装置，其与所述存储器相连并且配置成用于从所述存储器中获取所述第一模块在生产阶段的碳足迹以及基于所述第二模块的尺寸参数和材料估计第二模块在生产阶段的碳足迹。
25.通过基于碳足迹模型模块化地计算车辆在生产阶段的碳足迹，能够在研发阶段实现对碳足迹的整体把控并且在碳足迹方面对车辆的设计提出有针对性的建议。
附图说明
26.参考附图，本发明的上述以及其它的特征将变得显而易见，其中，
27.图1示出了根据本发明的碳足迹估计方法的流程图；
28.图2示出了根据图1的流程图的子步骤。
具体实施方式
29.容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
30.在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等或类似表述仅用于描述与区分目的，而不能理解为指示或暗示相应的构件的相对重要性。
31.参考图1，其示出了根据本发明的用于估计碳足迹的方法，该方法能够用于具有动力电池的纯电动汽车或混合动力汽车上，此外，该动力电池并不限于锂离子电池，其还能够
涉及燃料电池(例如氢燃料电池)、超级电容或铝空气电池等。首先应该说明的是，本发明主要涉及在生产阶段的碳足迹的估算，其包括车体生产、零部件生产、汽车装配三个阶段，即包括从原材料采集开始到制造完成整个阶段。此外，该方法不仅能够用于估计整车的碳足迹，而且还能够涉及车辆的各个子系统的碳足迹的估计。
32.该方法主要包括有如下步骤：
33.s100：建立所述车辆的碳足迹模型；
34.s200：将所述碳足迹模型划分成第一模块和第二模块，所述第一模块的碳足迹能够从数据库中获取，所述第二模块的碳足迹不能够从数据库中获取；
35.s300：基于所述碳足迹模型，估计所述第一模块和所述第二模块在生产阶段的碳足迹；
36.其中，步骤s300包括如下子步骤：
37.s301：从数据库中获取所述第一模块在生产阶段的碳足迹；
38.s302：基于第二模块的尺寸参数和材料，估计所述第二模块在生产阶段的碳足迹。
39.需要说明的是，上文提到的(以及下面还要提到的)步骤名称仅仅用于步骤之间的区分和便于步骤的引用，并不代表步骤之间的顺序关系，包括附图的流程图也仅仅是执行本方法的示例。在没有明显冲突的情况下，步骤之间可以用各种顺序或者同时执行。
40.由此，借助该方法基于碳足迹模型(其等同于整车模型)或车辆的选型快速估算出整车或其组成部分的碳足迹，由此在研发阶段能够对其碳足迹进行整体的把控。另外，当碳足迹不能够满足相应的法规要求时，能够及时对车辆的相应参数进行调整，相比于现有技术中基于整车的碳足迹计算方法，这在一定程度上降低了产品的研发成本。
41.在步骤s100中，碳足迹模型或车辆的各个子系统的模型能够基于cad(computer aided design，计算机辅助设计)、cae(computer aided engineering，计算机辅助工程)、solidworks、catia(computer-aided three-dimensional interactive application，计算机辅助三维交互式应用)等平台来建立，其以最简单的方式还能够表现为车辆的相关数据，即整车或零部件的尺寸参数(轴距、整车宽度或零部件的体积等)、相关零部件的选型(例如动力电池的选型、电机的选型等)或相关零部件的材料(白车身材料)等。在此，车辆的相关数据还能够以表格的形式进行整合，该表格就功能而言也能够被视为碳足迹模型。
42.基于所建立的碳足迹模型，以模块化的方式估计车辆或其子系统的碳足迹，这在上述步骤s200和s300中来进行。具体地，取决于该子系统或其零部件是通用件还是非通用件来计算其碳足迹，在此，“通用件”这一概念是指其碳足迹能够由其制造商或相应法规直接提供或基于其相应的参数能够直接或以最简单的方式获取，与此相对，“非通用件”是指其碳足迹无法直接由制造商或相应法规直接提供。在估计过程中，从数据库中或基于相应的法规直接获取通用件(属于上面所提及的第一模块，其还能够被称为通用模块)的碳足迹，而基于还将进一步阐述的方法来估计非通用件(属于上面所提及的第二模块，其还能够被称为非通用模块)的碳足迹。可选地，上面所提及的第一模块能够但不强制性地包括动力电池系统、电驱动系统和座椅系统，所述第二模块能够但不强制性地包括白车身系统和底盘系统。
43.关于通用件和非通用件的判断，能够根据所设计的车型的具体配置进行改型。例如，若供应商在提供底盘系统时已经对其碳足迹进行了计算，则也能够将其划分到通用模
块中。
44.具体地，第一模块中的动力电池系统、电驱动系统和座椅系统的碳足迹能够从数据库中读取。例如，能够基于动力电池的能量密度、重量和类型来获取其在生产阶段的碳足迹，其中，该动力电池系统包括有动力电池和其相应的附属件(例如热管理系统、电气系统等)。该动力电池系统在生产阶段的碳足迹的大小还取决于其所应用的材料，例如其壳体或相应正、负极的材料，相应的数据能够参考所公布的相关规定，例如由中国汽车技术研究中心有限公司制定的《乘用车生命周期碳排放核算技术规范》。
45.电驱动系统包括有电机(附加地还有电控系统及减速箱等)，其中，根据电机的选型能够从数据库中直接获取其在生产阶段的碳足迹。电机的碳足迹还取决于其所应用的材料，例如铜的百分比或用于其电机壳体的金属的百分比等。
46.座椅系统作为通用件，其碳足迹也能够从数据库中获取或由制造商直接提供。该座椅系统的碳足迹取决于其尺寸大小、数量、各材料的百分比。
47.考虑到客户的需求，每种型号车辆可能具有不同的几何尺寸，这能够直接表现在车身的几何尺寸上。在设计阶段，基于白车身系统的材料和质量(其进一步取决于白车身系统的平均体密度和其所包围的理论体积)来估计其在生产阶段的碳足迹。在此，白车身是指未喷涂的车身结构件及覆盖件焊接总成，其包括前翼板、车门、发动机罩、行李箱盖，而不包括附件及装饰件。此外，“白车身系统所包围的理论体积”不同于车内空间，其是指在未装配有其它零部件的情况下白车身所包围的体积。由此，根据本发明，白车身系统在生产阶段的碳足迹cf1能够基于如下公式来计算：
48.cf1＝ρ
×v×a49.其中，ρ为白车身系统的平均体密度；
50.v为白车身系统所包围的理论体积；
51.a为常数，其取决于白车身系统的材料和其相应的材料比例。
52.在此，能够根据车辆的车型(suv(sport utility vehicle，运动型多用途车)、三厢式或两厢式)和白车身的材料来确定上述平均体密度。在一实施例中，能够基于数据库中所储存的体密度来选取所述平均体密度。例如，在车辆为具有铝车身的suv时，对数据库中相同类型的车辆的白车身系统的体密度求取平均值，这在一定程度上提高了白车身系统碳足迹估计的准确性。
53.可选地，考虑到车辆的外形不规则性，能够根据车辆的前轴和后轴将白车身划分成多个子部分并且分块地计算其所包围的理论体积。例如，在车辆的长度方向(轴向方向)上将其划分成如下三个子部分：第一子部分(车身前部到前轴)、第二子部分(前轴到后轴)以及第三子部分(后轴到车身后部)。
54.根据本发明，基于车辆的前、后轴将所述理论体积划分并且简化成多个规则的立方体，这还能够在考虑车辆的具体车型的情况下来进行。例如，在构造为suv的情况下，第一子部分和第二子部分的高度相对于第二子部分的高度(车身高度)的比例为0.665。在三厢式车辆的情况下，第一子部分和第二子部分的高度相对于第二子部分的高度(车身高度)的比例为0.5。
55.应该说明的是，对于车身的划分并不限于上面所提及的基于前、后轴的方案，其能够根据车身的外形进行具体的改型。此外，各个子部分所包围的体积的计算并不限于上面
所提及的方式，其还能够通过任意的数学方法、例如微积分来实现。
56.此外，用于计算白车身系统的碳足迹的参数a取决于所采用的材料和各材料的百分比，其能够通过如下公式来表示：
[0057][0058]
其中，n为白车身系统的材料种类数量；
[0059]
wi为各材料的比例；
[0060]ki
为材料的碳排放因子。
[0061]
例如，当白车身系统由钢、铝合金制成时，能够表示为：a＝w1·
k1 (1-w1)
·
k2，其中，w1为钢所占的比例；k1为钢的碳排放因子，其取值范围例如为(0,5]，其单位为kgco2e/kg；k2为铝合金的碳排放因子，其取值范围例如为(0,40]，其单位为kgco2e/kg，其中，“kgco2e”表示每千克二氧化碳当量。二氧化碳当量是指一种用作比较不同温室气体排放的量度单位，各种不同温室效应气体对地球温室效应的贡献度皆有所不同。为了统一度量整体温室效应的结果,又因为二氧化碳是人类活动产生温室效应的主要气体，因此，规定以二氧化碳当量为度量温室效应的基本单位。
[0062]
关于第二模块的底盘系统应该要说明的是，电动汽车和混合动力汽车的底盘系统与传统的内燃机汽车不同，其省略了相关传动部件，因此该底盘系统在生产阶段的碳足迹很大程度上取决于整车的几何尺寸，例如取决于整车的轴距和/或整车宽度。可选地，能够根据整车轴距来计算底盘系统在生产阶段的碳足迹cf2，即：
[0063]
cf2＝l
×b[0064]
其中，l为整车的轴距；
[0065]
b为常数，其取决于整车轴距并且其取值范围例如为0.5至25，单位为kgco2e/m。
[0066]
可选地，第二模块还包括有附件系统，其包括、内饰件(例如仪表板、副仪表板、门板、门内开手柄、各立柱内饰板、地毯、顶衬、遮阳板等)、外饰件(例如保险杠、进气格栅、后视镜、车灯、立柱饰板、行李架、门把手、天窗、雨刮等)、电子器件、空调设备、雷达、摄像头等。该附件系统在生产阶段的碳足迹与车辆的体积、即白车身系统所包围的理论体积有关。例如能够基于上述简化的理论体积来计算附件系统的碳足迹cf3，即：
[0067]
cf3＝v
×c[0068]
其中，v为白车身系统所包围的理论体积；
[0069]
c为常数，其取值范围例如为0.5至25，单位为kgco2e/(m3)。
[0070]
应该说明的是，用于车辆的各个子系统的上述计算方法和相应的数值范围并不限于上面所给出的范围，其能够根据具体的车型和车辆参数进行适当的调整。
[0071]
另外，根据本发明的另一方面还提出一种用于执行上面所阐述的碳足迹估计方法的系统，其包括：
[0072]
输入装置，其配置成用于输入车辆参数；
[0073]
模型生成装置，其与所述输入装置相连并且配置成用于基于所输入的车辆参数建立碳足迹模型，所述碳足迹模型包括第一模块和第二模块，所述第一模块的碳足迹能够从数据库中获取，所述第二模块的碳足迹不能够从数据库中获取；
[0074]
存储器，在其上存储有第一模块在生产阶段的碳足迹；
[0075]
估计装置，其与所述存储器相连并且配置成用于从所述存储器中获取所述第一模块在生产阶段的碳足迹以及基于所述第二模块的尺寸参数和材料估计第二模块在生产阶段的碳足迹。
[0076]
在此，该输入装置能够例如设置成屏幕或相应的控制器，用户能够通过其输入车辆的相关参数或选型。另外，设置为屏幕的输入装置还能够用作输出装置，以用于以图表或文字的形式显示所估计的车辆的碳足迹和/或车辆的相关数据。
[0077]
综上所述，通过取决于其是属于通用件还是非通用件分模块地并且基于车辆参数或碳足迹模型计算车辆或其子系统在生产阶段的碳足迹，能够在研发阶段实现对碳足迹的整体把控并且能够在碳足迹方面对车辆的设计提出有针对性的建议。
[0078]
应当理解的是，所有以上的优选实施例都是示例性而非限制性的，本领域技术人员在本发明的构思下对以上描述的具体实施例做出的各种改型或变形都应在本发明的法律保护范围内。