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2015-12-11

汽车工程师 2015年11期
关键词:电池组燃料电池石墨

石墨烯超级电容或取代锂电池充电只需4 min

韩国科学家发现一种石墨烯超级电容,能有效解决当前电动汽车车载电池续航里程的瓶颈。

目前大多数电动车使用的锂电池有价格较高、需要经常充电及充电过程缓慢等诸多局限。在理论上,石墨烯超级电容能比锂电池储存更多的电量。科学家成功将足量的石墨烯制成一个超级电容,能够储存和锂电池一样的电量并且将充电耗时压缩到4 min以下。

该技术很可能使超级电容在未来替代锂电池,而该技术的下一阶段就是量产和投入商用。

英国开发超低温锂硫电池能量密度更高

Hyperdrive Innovation公司与OXIS能源公司共同宣布开展了一项专门研发超低温锂硫电池的项目。OXIS能源公司将为锂硫电池研发推出一种可以在超低温情况下工作的电解质;Hyperdrive Innovation公司将研发推出一款与化学不可知论相关的电池管理系统及全新电池封装技术,同时电池管理系统和电池封装技术还可兼容甚至超越目前的铅酸电池解决方案。

OXIS能源公司研发的锂硫电池能量密度可达到300 W·h/kg,比锂离子电池要高出很多。Hyperdrive Innovation公司采用自主研发的电池管理系统技术,为电池提供一种自动电量平衡,同时还可以监测电池的健康状态并提供相应的保护。如果电池内置的电量计可以为电池提供一个实时的充电状态及健康状态数据,那么Hyperdrive电池管理系统就可以控制电池的充电过程并可以自动断开充电,从而起到安全防护的作用。

在该项目研发得到最终结果后,Hyperdrive Innovation公司将继续开展中期项目从而最终开发出一种可以在-80℃仍可以正常工作,同时其能量密度也更高的可充电电池。

日立推出新型SiC逆变器电力损耗减少60%

日立公司宣布,面向混合动力车和纯电动汽车开发出了高效率与高功率的逆变器。与日立的原产品相比,新产品的电力损耗削减60%,相同体积下的电力容量扩大了约2倍。有助于实现长距离行驶,以及提高加速性能。

日立运用了以前开发的SiC与GaN并行封装技术和双面冷却型功率模块技术,开发出了全SiC功率模块以及采用该模块的HEV/EV用逆变器。为了使各SiC功率半导体的开关时间均等,运用了以前开发的并行封装技术,即开发出了使接入各SiC功率半导体的控制信号线长度相同的布线基板,使各布线的电阻特性得以均衡。由此,可以充分发挥SiC功率半导体的低电阻特性,扩大了电力容量。

另外,此次开发的逆变器采用了重叠布线,使负荷电流方向互逆,并封装在双面冷却型功率模块的罐状金属冷却风扇结构中。这样,通过冷却风扇消除内置布线形成的磁场,降低了布线中积累的磁场能量。

激光石墨烯可替代铂用作燃料电池催化剂

美国莱斯大学Tour实验室开发出一种成本更低的燃料电池催化剂解决方案。该催化剂利用激光使石墨烯与各类金属纳米颗粒结合,将结合后得到的金属激光氧化物嵌入石墨烯本体内,该催化剂可以在电化学氧化还原反应中保持很高的活性。此种激光石墨烯可代替昂贵的铂而用作燃料电池催化剂。

激光石墨烯是一个表面由聚酰亚胺曝光后形成的多孔石墨烯组成的柔性膜物质。起初,研究人员是利用聚酰亚胺薄片来制作激光石墨烯。后来,他们将硼浸入液体聚酰亚胺中来生成激光石墨烯,以此来提高其储存电荷的能力,使其成为非常有效的超级电容器。

吉凯恩推出全新电驱技术改善操控性

在LCV2015低碳排放车展上,吉凯恩展示了针对轻度混动车(MHEV)、插电式混动车(PHEV)及纯电动车(BEV)的新一代驱动技术。

吉凯恩设计开发了2个eAxle电动驱动轴(单速变速eAxle和两速变速eAxle),并集成至BEV动力总成中。单速变速eAxle驱动轴设计搭配85 kW的电动机,位于前轴,最高转速15 000 r/min;两速变速eAxle位于后轴,搭配145 kW电动机,由于底盘空间紧张,吉凯恩将两速变速箱的位置相对于量产版旋转了120°,并为此开发了特制的机油导轨,保证了在全部驾驶条件下的流向换挡机构、轴承及油封处的供油。前后2个电动驱动轴的结合实现了全轮驱动,两速变速箱使得低速下的扭矩更大,同时也改善了操控性。

博世开发燃料电池控制单元致力于零排放

为了促进非公路用车型尾气零排放目标变成现实,博世公司研发了燃料电池控制单元(FCCU),它能够有效管控系统各零部件之间的相互作用,因此是燃料电池系统中最核心的部件。

控制单元综合管理氢气、空气和冷却剂的流动,第1款可批量生产的产品最早出现在车载可再生能量转换器项目中。工程师们详细分析燃料电池系统数据,目的在于确定各零部件尺寸设计。他们首先评估汽车应用环境、运行时间长短及所需燃料规格等要素,然后计算出最合适的电池组尺寸、燃料电池动力系统输出功率及氢气储存箱容积。在构建系统的过程中,不断优化各零部件之间功能性相互作用。博世公司自己打造了一个专用实验室,测试装置可用于评估输出功率低于20kW的燃料电池。

用“硅”作电池负极的电动车续航里程增长10倍

滑铁卢大学的研究人员研究出了新一代电池技术,可以生产出稳定的小体积,长续航电池,他们使用了硅作为电池的负极材料并解决了材料弊端。

目前商业化锂离子电池广泛使用的负极活性材料为石墨,比容量约为360 mA·h/g。滑铁卢大学选择使用的硅材料理论比容量达到了4 200 mA·h/g,是石墨的10倍以上。这意味着一辆电动车的单次充电续航可达500 km,并且比现在的电动车电池更小更轻,可以为车身减重。

为解决硅负极材料充放电体积变化极大,安全性较差的问题,研究人员研发了硅材料电极的热处理技术,可以把充电过程中的体积膨胀减小到最低,从而提高电池的表现和锂离子电池循环充放电的过程。该技术创造了独特结构的硅负极。随着电池能量容量的提升,可以把充放电循环增加到2 000次。

可让氢燃料电池功率输出翻倍的新型电动空压技术

英国Aeristech公司正在研发一种新型电动空压技术,应用该技术可以让氢燃料电池的输出功率翻倍。不仅可以帮助汽车制造商提高车辆的整体性能,同时还可以使燃料电池的外观尺寸更加紧凑,从而进一步改善燃料电池的封装工艺和整体质量。

Aeristech公司的电动空压器采用一个铝制的涡轮增压型压缩机,同时该压缩机的加工公差符合汽车行业大批量生产的公差要求。此外,该压缩机还与一个高转速电机直接连接在一起,其间并未采用传统的减速箱机构。

燃料电池的输出电压一般是呈波动状态,所以常规的电机压缩机一般需要配备一个中间电压调节器来使电机压缩机提供一个稳定的压力值,这样一来就会增加系统的功耗。而新型电机控制技术可以输出一个稳定的恒扭矩,因此其电机压缩机的压力输出均不会受到进气量大小及输入电压波动的影响,这也就意味着其可以直接与燃料电池相连供电。

2020年中国将建1.2万座电动汽车充换电站

按照国务院印发的《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》要求,新建住宅配建停车位应100%建设充电设施或预留建设安装条件,有固定停车位的用户优先在停车位配建充电设施,为没有固定停车位的用户配建公共充电车位。到2020年,中国将基本建成车桩相随、智能高效的新能源汽车充电基础设施体系,1.2万座充换电站将满足500万辆新能源汽车充电需求。

国家能源局电力司副司长表示,我国到2020年前将建成集中充换电站1.2万座,分散电桩480万个,新增超过 3 850座公交车充换电站、2 500座出租车充换电站、2 450座环卫物流等专用车充电站,积极推进公务与私人乘用车用户结合居民小区与单位停车场配建充电桩,鼓励有条件的设施对社会公众开放。

日本研制出电动汽车锂电池耐热新技术

日本大金工业和日本高度纸工业联合研制出用于电动汽车的锂电池高耐热技术。该技术不需要电池冷却系统,在减少自身电力消耗的同时减轻了车体质量,一次充电行驶距离可提高30%~40%。还可防止电池自燃事故,提高行车安全性。

该技术采用氟化合物代替易燃电解液成分,制成的新型电解液即使温度上升至60℃也能正常工作;采用植物纤维经精细加工制成的绝缘材料,较现在通用的树脂膜制品耐高温且伸缩率降低,可使绝缘组件耐热性能大大提高;用于电极的粘结剂更换了高耐热材料,即使高温也不会出现溶出现象。

高通升级Halo无线充电技术电动车能边行驶边充电

高通推出第2代Halo无线充电技术,其采用了7.2 kW无线充电系统,相比第1代约能减少一半充电时间,让汽车在1 h内完成充电。

Halo无线充电技术利用磁共振效应来对电动或混动车的动力电池组进行非接触式充电,无需用到传统的电缆。在需要充电时,车主仅需将汽车停放在Halo的充电板上方即可。

目前Halo技术的应用主要是静态充电,另外还有半静态充电和动态充电技术。半静态是指车速非常慢时(比如等红灯或者出租车机场候客)可以进行充电;而动态充电则是终极目标,意味着高速行驶下也能充电。

2020年电动汽车续驶里程可达1 200 km

特斯拉CEO伊隆·马斯克表示,到2017年,甚至2016年,电动汽车一次充电的行驶里程就能达到1 000 km。

马斯克指出,目前特斯拉Model S一次充电已能够行驶约800 km,但驾驶速度不能太快。电池技术每年的提升幅度为5%~10%。以这一比例计算,到2020年,电动汽车一次充电行驶1 200 km是可能的。这或许只是理论数据,并不一定是特斯拉实际提供的电池容量。不过,只要正常驾驶时单次充电行驶里程达到800 km,配合超级充电站的建设,普通用户将不必再担心充电的问题。

新型密封技术可保护电动车电池组

Freudenberg-NOK公司为电动车开发先进的密封件,提供优质的电池保护技术。

外罩密封垫:针对量产电动车和原型电动车的锂离子电池组所开发的一系列密封垫产品。电池组经拆解维修后,该密封垫仍可重复使用。尤其适合三维表面和曲面的密封,抵抗分布式应力,保证公差配合。

插入式密封:该弹性体涂层密封管可容纳不同的直径、长度、角度和末端形状,并且可以抵御极高的温度、压力和化学环境。该管搭配特定设备后,可以用来测量温度或压力。

单个电池的框架密封:针对袋型电池的安装结构。不但容纳电池单元,还起到稳固的作用。它还提供了一个额外的密封功能,用于袋接缝的密封,补偿单个电池在厚度上的公差,并为电连接器提供额外的机械固定。框架设有通道,用于在电池破裂的情况下,引导电池气体,同时也是制冷剂循环的冷却通道。

采埃孚展示电动车原型推广自动驾驶技术

德国采埃孚设计了一款智能化城市小型电动车原型产品。该车的自动泊车系统采用了一个刚度很高的转向节,使车轮可以达到更大的偏转角度。另外在扭矩控制系统的辅助下,汽车可以轻松通过大幅度弯角。转向时利用车轮扭力,而不是刹车制动,提高了行车稳定性。电动扭力梁后轴系统通过电动机系统的扭矩,理论上可以提升高速运动汽车的稳定性。

智能化城市车的各种先进系统整合后,顺利完成了自动化低速运行和泊车任务。应用的技术具体包括超声波传感器和红外传感器,帮助调整泊车操作,驾驶者可以完全“移交汽车控制权”。此外,通过智能手机等移动设备,还能够在需要时发出信号,汽车自动来到驾驶者面前。

HyperSolar用太阳能制氢降低氢燃料成本

HyperSolar称在利用太阳能生产氢气领域已经取得突破,该公司只以水为原料,希望能大规模地通过人工光合作用从水中制造氢气。如果该生产过程在商业上可行,可以大大降低氢燃料电池车的碳排放量。

研究人员已实现了能够商业化生产氢气的1.4 V电压,并计划继续研发提高电压和寻求提高效率的方法。这包括结合以前的研究成果,利用更有效的催化剂来生产一个独立制氢的单元,来降低生产太阳能电池的成本。

研究人员希望开发能够与当前制氢的催化剂兼容的材料,来改善光合作用制氢效率。他们也计划进一步增加电压值,新的目标至少为1.7 V。HyperSolar表示,这将使之允许在使用更便宜的催化剂的前提下不会显著降低制氢效率。

博世新固态锂离子电池提升电动车续驶里程

博世公司发布了一项为电动汽车研发的创新型固态锂离子电池组技术,预期仅需5年就可完成批量化生产的一切准备工作。如果现在的电动汽车续驶里程达到150 km,搭载相同尺寸固态电池组的汽车单次充电的行驶距离将超过300 km,而且消费者购买汽车的花费也会明显下降。

现在使用的锂离子电池组电容量受限的一个原因是,阳极含有很大比例的石墨材料。利用固态电池技术,阳极可以用纯锂材料进行加工制造,能够显著提升电能储存容量。此外,全新电池单元不需要离子液体介质,所以也不属于易燃物质。纯锂阳极意味着电池单元结构出现了巨大创新突破,目前固态电池样本产品非常有希望满足汽车行业在耐久性和安全性方面的高标准要求。

晴天能一直跑的太阳能电动跑车

墨尔本电动汽车公司EVX展出旗下的太阳能动力超级跑车Immortus。该款双人敞篷Immortus超跑的车身顶部配有面积达7 m2的太阳能板,并且在晴天状况下只要控制车速就可以一直跑下去。经空气动力优化及减重,车身质量仅有250 kg,0~100 km/h加速时间为7 s,最高车速可达150 km/h,平均车速可达85 km/h。Immortus超跑除太阳能之外,还可以通过电动发动机提供动力,二者总里程可达到550km。

目前,该车尚处于研发阶段,真车预计在2016年底正式推出,其未来的定位是定制。

连续电流400 A的混合动力车辆专用塑料连接器

安费诺科技(珠海)有限公司推出了一个用于混合动力车辆市场的塑料电源连接器系列:紧凑通用型电源连接器——UPC系列。该系列提供2种尺寸,可承载200 A或400 A的连续电流。

UPC系列提供2芯和3芯塑料外壳结构配置,外型小巧轻便,可进行现场安装和维修。适用于电源转换器、混合动力车辆、电池管理系统、重型设备电气化系统、启动发动机及2相和3相发电机等。

UPC系列采用了安费诺的专利RADSOK技术,具有更高电流、更低电压降、更低的阻抗和温升等特点。RADSOK端子独特的网格结构容许多于50%的电流通过同等大小的Pin针,同时增加了可靠性和插拔次数,降低了端子插入力。

这些新的连接器配备了防误插键位,同时具有防触电、HVIL(高压互锁)和抗电磁干扰等特色。连接器连接后的防水等级达到IP67,能耐受至少500次插拔。

韩国采用无机硫化物阴极电解质研发钠离子蓄电池

韩国研究团队展示了新型常温且高能量密度的钠离子可充电电池,采用了基于二氧化硫的无机熔融复合物阴极电解质,可以同时充当钠离子导电解质和阴极材料。

根据阴极电解液和碳电极的质量总和,新款钠离子电池组的放电容量为153 mA·h/g,工作电压为3 V;电池组在大电流条件下充放电性能优良,充放电循环能够超过300次。特别值得注意的是,新型无机液体电解质具有耐燃性和自主重构的特点,有助于加速钠离子可充电电池组的商业化进程。

电池单元化学过程是二氧化硫和氯化铝钠之间的高度可逆氧化还原反应,氯化铝钠和二氧化硫构成的复合无机电解液确保了钠-二氧化硫电池组的可靠性,从而在一个较长的使用周期内安全性也得到保障。

美研发液流电池比锂离子储能电池更便宜

哈佛大学的研究团队正在开发液流电池组,据称其拥有的一些特性更有助于能量的储存。

在液流电池单元中,液态电解质在2个容器箱体中循环流动,而2个箱体通过一个薄膜进行分离。离子穿越薄膜就实现了电荷转移,整个过程与氢燃料电池的发电原理类似。调节2个容器箱体的尺寸,能够改变液流电池组的储电容量,而薄膜的面积控制着功率输出的大小。

研究人员声称,液流电池组即便放置很长一段时间,电能也不会出现流失,极端的温度条件也不会对储电量造成影响。此外,液流电池组将比同等储电能力的锂离子产品价格更便宜。相比于锂电池组,正在测试的液流电池组原型产品选用的材料更常规且容易获取,比之前设计的安全性也更高。

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