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2014-12-15

汽车工程师 2014年12期
关键词:电式里程燃料电池

107km/h平均速度行驶500km的纯电动车

2014年稍早时候,来自澳大利亚新南威尔士大学的学生团队,研发的eVe纯电动车在单次充满电后,以106.966km/h的平均速度行驶了500km,刷新了世界记录(此前的世界记录为单次充满电后以73km/h的平均速度跑满500km)。上述记录得到了国际汽联(FIA)的认可。也就是说,“平均速度106.966km/h跑满500km”正式成为纯电动车领域的新标杆。

eVe可乘坐2个成年人,整车质量为318kg。该车不仅搭载了59kg的松下电池组,还在车顶和发动机盖位置覆盖了800W太阳能电池板,也即可以通过2种方式为eVe进行充电。使用常规家用插座可在8h内让eVe重回满血状态,而接入工业用电插座,则只需5h。另外也可将eVe放在阳光下,8h后,eVe就能恢复2h的续驶能力。

Sunswift项目总监HaydenSmith也表示“eVe是一个可行性的演示,证明太阳能电动汽车是传统化石燃料汽车可行的替代方案。”该团队希望eVe能激励商业公司进入太阳能电动汽车领域。

日本研发靠射频提供动力的电动车

阻碍电动汽车普及的两大障碍是充电时间过长和行驶路程过短。现在,来自丰田中心科研实验室的MasahiroHanazawa和丰桥技术科技大学的TakashiOhira研发出了一种更加安全的充电方式——依靠射频(RF)为汽车充电。

据了解,Hanazawa和Ohira在地面下方的金属轨道中安装了RF电源,在汽车轮胎里面则安装了一段钢带,当电动车行驶在这样的路面上时,金属轨道和钢带之间会产生电容,此时就能从地面下方的电源中获取电能。

据悉,原型车成功地在52MHz的射频下完成了行驶,该方式下的能源效率高达75%。2位研究者认为,这种技术未来将可以大大提升电动汽车的续驶里程。从理论上看,通过实时驱动的电动汽车将能一直行驶下去,且其所需的电池容量比现在使用的要小得多。

电动汽车动力电子元件的铝冷却解决方案

来自德纳控股公司的新型电动汽车及混合动力汽车铝冷却技术,使用铝材作为其整合冷却板的材料,旨在增强绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关的热传递性。这款最新产品丰富了德纳公司旗下的热管理套装组合的内容,能够为客户提供最优化的紧凑型冷却元件,满足电动汽车高热量和高功率的需求。德纳声称,公司的设计能够限制IGBT连接点的最高温度,完成热量管理与冷却的工作,为用户提供一个清洁、轻质、可回收且高性价比的解决方案。公司的专利无钎剂钎焊技术能够以最大程度降低冷却剂的污染,使动力元件冷却回路保持较低的传导性。

插电式混动车销售超预期政策催热新能源市场

在免征购置税等利好政策刺激下,新能源汽车销量创出新高。数据显示,2014年1—9月,我国新能源汽车生产38522辆,销售38163辆,其中插电式混合动力汽车产销分别完成15775辆和15905辆。在2015年新能源汽车50万辆产销目标压力下,插电式混合动力汽车更是成为承担这一目标的主力军。

由于插电式混合动力是介于燃油汽车和纯电动车之间的车型,因此在里程和充电问题上相较纯电动车型更加实用便利,目前这一特点普遍受到消费者认可。随着人们节能环保意识的增强和国家支持力度的加大,插电式混合动力汽车拐点或将出现。

48 V混合动力车将建全球性标准立

在德国杜塞道夫举行的“48V混合动力车会议”中,揭示了2项业界共识:为了能依据成本效益方式达到降低CO2与NOx排放的下一阶段目标,48V供电系统至关重要;其次,为这项技术建立起全球标准将有助于实现这一愿景。

大会专题演讲的主讲人Florian Khnlenz首先发表目前汽车对于12V与48V双电压供电系统的电子与电力架构需求。他指出,由 Audi,BMW,Daimler,Porsche与福斯等汽车公司共同提出的LV148标准草案已经获得初步采纳。Khnlenz预期在48V系统中导入第2套电压系统,可望解决汽车电子与电力系统的新挑战,但因应2020年以前必须达到95g/kmCO2排放要求而开发了初步的解决方案,也发现了目前正面临的大部分问题。转换至更高能效的48V网络,预计将是新一代低电压轻度混合动力车的下一步开发目标。

石墨烯新特性可提升燃料电池汽车能效

最新研究表明,石墨烯能够让一些原子和分子通过薄薄的材料层。由于这种单原子层碳材料和它最新被发掘的特性,未来的氢燃料电池将会更加高效。

直到现在,人们都认为石墨烯不会允许任何物质透过,哪怕是最小的氢原子,但这仅仅是常温下的情况。一旦碳层被加热至250℃,氢质子就能够挤过碳层。这个发现可能会带来燃料电池的发展,因为燃料电池本来就像是一种导质子膜。这能够减少燃料泄漏的问题,从而阻止燃料电池能效的降低。因此,未来的燃料电池汽车能够在最大程度利用存储其中的氢燃料,增加续驶里程。此外,这也有助于氢的制取技术发展,未来可能能够直接从大气中提取氢。

可随车携带的充电站

沃尔沃首次在中国展示了其对未来充电设备的构想——可折叠太阳能充电伞。给汽车充电自然是基本技能,而该设备的独特之处在于,可以将其折叠成帐篷袋大小,然后装进汽车后备箱。也就是说,用户能够随车携带充电站。

有别于传统太阳能电池板单一的方形设计,充电伞采用了柔性光伏薄膜及可折叠设计,并配备了轻量级的碳纤维管架,通过纤维状嵌入式光伏电板可大量收集室外光照为汽车充电。受益于此,整个充电伞外观更具美感和张力,而流线型设计也使得充电设施多了几分生机。

充电伞搭建与折叠均需耗时45min,占地36m2,高3m。在为汽车充电的同时,也能给汽车降温,避免暴晒。利用这款充电伞给汽车充满电需要12h。如果要进一步提高它的实用性,则需要改进设备,让拆/建耗时更短,充电更快。

福特与西门子联研低成本智能电网技术

西门子能量管理部与杜克能源公司以及福特汽车公司展开深入合作,来验证经过18个月努力的科研成果是否能够提升电动汽车充电技术,并且有助于降低充电成本。测试工作在Erlangerde杜克能源展示中心进行,利用福特FusionEnergi插电式混合动力车型,西门子提供了第1款保险商实验所UL认证的电动汽车家庭供电设备(EVSE),用于监控充电状态和报告能量使用状况,该设备可以通过当地的区域网络和云端技术被远程控制。

在这次示范过程中,EVSE展示了与联网电脑、智能手机及平板电脑的良好兼容性,用户能够更好地监控电动车充电状态,同时制定未来充电计划,还可以呈现出消耗的电能总量及充电费用。随着电动车相关技术的不断发展,用户能够了解充电电费的准确数值,并在电网负载最低时选择为汽车充电,同时向其他用户分享自己的一些充电省钱经验。该先进充电设备利用内置程序,来控制电动车充电的时间点以及功率大小,帮助提高整个电网的可靠性和效能,还可以降低峰值需求。西门子这次展示的拥有WiFi无线连接功能的电动车充电设备很可能在2015年发布。

新型发电机设计能延长电动汽车的可行驶里程

新加坡的研究人员称发现了一种“2和1电动发电机”,能在高温天气中将电动汽车每次充电后的可行驶里程增加20%。这种设计将空调压缩机直接整合在牵引发电机的外壳中。不但能够增加效率,而且能够为向其他电动辅机供电的电池腾出空间。因为有了辅助电池,所以主电池的负载也就相应减轻了。而且,制冷压缩机还能利用车辆再生制动系统产生的部分能量。

研究学者SatheeshKumar表示,这项发电机的设计花费了2年时间,南洋大学有意在未来6个月制造一辆理论验证原型车。研究人员一旦完成了这台原型车的测试和调整,德国宇航中心有意进行该产品商业推广,并进一步对其进行加强处理,以适应在高速行驶时,汽车发动机盖需面对的高温、振动及其他极端挑战。

燃料电池车将在2025年大规模使用

博世高管预测称,随着氢燃料电池成本不断降低,到2025年燃料电池车可在商业化角度达到实用性。当前戴姆勒、现代、日产、福特、丰田、本田、通用汽车及宝马都在开发燃料电池车。丰田计划未来将燃料电池成本削减9成以上。丰田和本田计划从2015—2016年开始销售燃料电池车,而现代已经率先推出量产的ix35燃料电池车。

尽管在燃料电池成本控制上不遗余力,但预计到2025年燃料电池动力总成价格将比电动车动力总成高1倍,不过续驶里程优势将使燃料电池成为替代方案变成现实。以丰田等车企未来的燃料电池车产品为例,预计售价将高达5.6万欧元。

新能源车发展带来轻量化新趋势

以电动汽车为代表的新能源汽车加速发展,将大幅带动汽车铝材的需求。2011年,北美纯电动车厂商特斯拉推出了跨时代产品ModelS,这也是特斯拉目前销量最好的一款电动车,2013年全球销量超过2.23万辆。ModelS除了其充满科技感的设计和构造,突出的亮点是采用了铝合金作为车身框架材料,从而控制了整体车重,给消费者带来了更好的驾驶体验。ModelS的质量大约为2100kg,其中铝合金车身占比17%,大约360kg。

采用铝合金作为电动车车身材料,可以有效减少车重,降低制造成本。欧洲铝业协会的研究表明,对于大众高尔夫之类的典型车型,在相同续驶里程的情况下,由于铝制电动车携带的电池质量小于钢制电动车,全铝车身比钢制车身需要的电池容量减少了9%。尽管全铝车身成本较高,但由于减少车重节约的电池成本大于用铝后增加的成本,使得全铝电动车在出厂时就具有明显的价格优势,平均下来每辆铝制电动车比传统钢制电动车便宜635欧元。

奔驰S500插电混动车排放减少56%

奔驰汽车公司在2014年巴黎车展上推出了其最新的S500插电式混合动力汽车,该车与普通的奔驰S500汽车相比,在欧洲混合充电情况下整个生命周期内的CO2排放可以较后者减少约43%,而在采用水力发电充电时可以减少将近56%的CO2排放。以上数据得到了TU¨V南德意志集团的正式认证,同时TU¨V南德意志集团还向该车发放了相关的环保证书。

奔驰S500插电式混合动力汽车峰值功率可达到325kW,峰值扭矩可达到650N·m,0~100km/h加速时间可达5.2s,在纯电动模式下续驶里程也可达到33km。该车在欧洲的认证油耗为2.8L/100km(约合美国标准的84英里/加仑),这相当于CO2排放量仅为65g。

工信部将加大新能源车和车联网支持力度

工业和信息化部副部长毛伟明在出席16届高交会“新能源汽车及车联网产业发展论坛”时表示,中国政府将坚持发展新能源汽车战略不变,并将进一步加大对新能源汽车和车联网支持力度。他表示,今后要抓住新能源汽车和车联网发展的机遇,从汽车大国向汽车强国转型,结合中国经济社会和国内外汽车产业发展的实际情况,新能源汽车及汽车智能化将为中国汽车产业实现“弯道超车”提供难得的机遇。汽车行业要坚持发展新能源汽车,以纯电驱动为新能源汽车和汽车工业转型战略,重点发展纯电汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车,政府将在政策上继续予以扶持。

据悉,工业和信息化部2014年在高交会专设“新能源汽车及车联网专题馆”,围绕“绿色智能,畅行中国”主题,汇集产业龙头企业,展示新能源汽车整车、关键零部件,以及车联网技术和应用。

16GKN双速eAxle传动模块提升混动车性能

GKN研发了第1款双速eAxle传动模块,并且已经投放生产,相关产品应用在了宝马i8插电式混合动力跑车中。该新型车轴把电动机的动力(额定功率96kW,峰值扭矩250N·m)提供给汽车前轮,而三缸发动机(最大功率170kW)用于驱动汽车后轮。该模块能够帮助汽车制造商提升混合动力和电力驱动传动系统的性能,另外顺应缩减尺寸的趋势,减小了电动机体积,达到了轻量化和节省成本的目的。这项先进技术的特性已经在高性能车上得到证实,可以显著降低CO2的排放。

GKN还提供2种不同的电力驱动车轴解决方案:一是为M-4WD(包括主动控制离合器在内的轻量化齿轮箱,用于电动机辅助的全时四驱系统)准备的eAxle传动模块;二是为HybridAWD(电力传动轴单元,用于分轴混合动力系统,融入了特殊的分离式离合器技术,全轮驱动模式可根据需求被激活)设计的eAxle传动模块。

SAE推进氢燃料标准

在美国洛杉矶举行的燃料电池研讨会暨能源博览会上,美国机动车工程师学会SAE宣布推出了一套关于氢气燃料的标准教程,该教程主要介绍了关于氢气燃料的一系列标准。美国机动车工程师学会此次推出的氢气燃料标准教程主要目的就是为了推动汽车行业内氢气燃料标准的进一步实施。目前,美国机动车工程师学会关于氢气燃料主要推出了4个标准,分别为:氢气燃料能源供应喷嘴插座接口尺寸的标准(SAEJ2600)、氢气燃料质量的标准(SAEJ2719)、燃料电池车与氢气站通信系统的标准(SAE J2799)及氢气燃料的标准(SAEJ2601)。氢气燃料标准的制定为氢气燃料作为全球第一代新能源燃料基础设施的建设打下了基础。

车用逆变器结构优化助力电动汽车普及

目前电动汽车和混合动力汽车正大规模地投产,进入商业化运作,这意味着采用新型结构的汽车正在大量推出。考虑到传动系统,特别是逆变器,xEV的厂商将要应对3大挑战:提高能效、降低成本以及最终满足功能性安全要求。ISO26262标准的引入推动了对智能型和高性价比电子解决方案的需求。

首先,在栅极驱动器内部集成主要以分立形式发挥作用的各种监控功能,可实现系统优化。其次,通过利用新式微控制器设计可以实现系统进一步优化。例如,作为微控制器中的HW扩展型外围设备的智能型IO监视器单元可将IGBT监视器发出的信号模式与初始的PWM命令进行比较。这样低电压(5V)逻辑可以在系统出现故障时灵活地判断是在低压侧开关还是在高压侧开关施加零矢量。将各种功能分布在微控制器和栅极驱动器可移除在目前标准逆变器中使用的扩展型组件,如FPGA与PLD。

大众推超节油版帕萨特油耗2L/100km

大众汽车在2014年10月巴黎车展上公开了新款帕萨特GTE超节油混合动力车,该车采用多种先进技术,将100km油耗控制在2L的水平。该车以第8代帕萨特(帕萨特B8)为基础,有轿车和两厢旅行车2种形式,将在2015年下半年投放市场。动力总成方面,该车搭载一台经过特殊调校的1.4L四缸直喷汽油发动机,在5500r/min转速条件下功率输出约113.27kW。横置的发动机同车身前部的电动发电机配合,动力传输至6速DSG双离合器自动变速箱,发电机可输出83.11kW功率和329N·m扭矩。后排座椅下是9.9kW·h的锂离子蓄电池,可以由再生动能进行充电。消费者可以选择360V充电系统,2.5h充满电量。

电动车快充其实并没有那么伤电池

直流快速使电池组从空电状态到满电量80%的充电时间仅有30min或更少,但目前的研究表明,快速充电技术会缩减锂离子电池组的使用寿命。

近日研究显示,快速充电对电池组的损害,比以前预想的要低很多。在电池组保护方面,更应关注电极之间电流的分布,而非快速充电本身。来自斯坦福大学和斯坦福材料科学中心的科研团队,把研究的重点放在了锂离子电池磷酸铁阴极材料的性能表现上。实验电池经过测试之后发现,无论是否采用快速充电技术,都只有很小比例的纳米级颗粒能够吸收和释放离子。然而在某个特定阈值之上,离子的分布变得更加均衡。这项研究工作的下一阶段会对电池进行成百上千次的充放电循环处理,进一步检测其性能特性。

模块化电池组解决电动车续驶里程焦虑

不管是插电式混合动力还是纯电动车,基本上没给消费者一个“电池容量”选择的余地。研究团队在已有车型的基础上针对德国市场展开了研究,研究成果表明:1)电池容量越大,插电式混合动力的能量消耗比增程式电动车越高,而且电池容量越大的差距越明显;2)在动力系统中,电驱动所占的比例越高,所消耗单位能量的成本会随着电池容量的增加而降低;3)对于固定的电池容量,行驶里程越高,单位能量消耗成本越高。

由此可见,电池容量的选择是满足客户需求和与传统动力在成本上一竞高下的关键因素。研究人员表示,汽车制造商也不需要因此进入误区,而是只需要根据不同的续驶里程提供大中小3种电池容量就基本上可以满足大部分人的需求。而电池组模块化设计能帮助汽车制造商以更少的花费及对汽车其他部件进行更少的改造来满足车型的变化。

新能源车企破解发展难题续驶里程或提升

2014年以来,在强有力的政策扶持下,新能源汽车销量大幅增长。业内人士表示,中国新能源汽车产业的最终出路是市场化,自主品牌要实现弯道超车,需要突破续驶里程、充电网络及性价比的问题。当前,全球推出的新能源汽车中,以特斯拉的单次续驶里程最长,其高配版MODELP85单次续驶里程达500km,低配版的续驶里程也达到了380km。

另一项可能对新能源汽车推广起到推动作用的技术是大功率无线充电。据介绍,无线充电站线圈采取地埋模式,不占用土地。此外,无线充电公交车在起点和终点皆可充电,电池经常处于浅充浅放状态,这既保护了电池,又可让汽车少装电池。每辆车至少省掉50%的电池,至少节省成本30万元以上。

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