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2018-11-27

汽车工程师 2018年2期

关键词：电池汽车材料

英研发低成本碳基电催化剂大幅提升燃料电池能量密度

英国萨里大学与伦敦玛丽王后大学的研究团队制作了低成本碳基电催化剂，该产品可被用于阴离子交换膜燃料电池，有助于将燃料电池的能量密度提升至703 mW/cm2。相较之下，该领域早前的能量密度仅为50 mW/cm2。

该类催化剂选用了价格便宜的埃洛石作为模板，利用尿素及糠醛分别作为其氮源及碳源，糠醛是一种有机化学物，可利用燕麦、小麦麸或锯屑（木屑）制得。然后，再将上述材料加工为黑色细粉，并将其用作氮掺杂碳电催化剂。

该成果表明，未来可利用低成本碳材料实现电催化剂的制备，使燃料电池发挥高性能，并有助于降低碳排放对全球环境的影响。

美国航空环境公司发布TurboDX电动车充电器

美国航空环境公司打造了最新款充电器连接头TurboDX，可用于各类住宅、工作场所或商用设备，该产品已获得了美国、欧洲及中国的产品认证。

TurboDX在进行简单设置后可解决用户的特定需求，提供一款灵活的解决方案，尽最大可能满足电动车的充电需求，其售价为469美元，目前提供16A及32A2个版本（240V）。

该产品采用光滑及极简主义设计及铸铝外壳，旨在满足严苛条件下的使用。该款设备还采用了蓝牙访问控制，可允许多辆汽车同时充电。

新技术及制造成本助力电池降价预计2025年电池售价或减半

如今，各大车企竞相削减量产型电动车的成本，业内的竞争目标在于续驶里程，而非动力，电池成为了关键所在。得益于新技术及制造成本的下跌，电池变得越发便宜，电动车成本随之下降，使得车企也纷纷调低电动车的售价。

今后电动车车主们将为其电动车支付的成本约为209美元/kW·h，从数字上看似乎有些高，但相较于传统的内燃机车而言，可从发动机移动部件处省下很大一笔支出。据估计，到2025年，其成本或将跌至100美元/kW·h。

上述预计有一个假设前提：届时，固态电池尚未占据市场主导地位。菲斯克（Fisker）、丰田在研发石墨烯基超级电容器，或将颠覆锂离子电池的整体应用。

海绵状晶体使天然气汽车更易储存燃料

天然气汽车需要庞大且昂贵的高压箱来储存足够燃料，为此，研究人员创建了各种像海绵一样的多孔晶体材料，作为高压箱的替代品。它们能在适度压力下吸收甲烷并且在压力减小时将其释放。研究证实，名为HKUST-1的吸附剂每立方厘米能储存180 cm3的甲烷气体，但仍达不到美国能源部（DOE）设定的目标体积比（263）。

英国剑桥大学的研究人员开发出一种能在低压下储存大量甲烷的新材料。研究人员将一批HKUST-1颗粒悬浮在基于乙醇的溶液中，并将溶液放进离心机，以便把大多数溶剂“驱赶”出去。但由于疏忽而没有把容器放到微波炉中烘干，使得乙醇缓慢蒸发，从而得到高致密HKUST-1材料。经过对该配方的一些调整，制造出目标体积比达到259的甲烷储存吸附剂，基本上接近了DOE的目标。

如果该材料能够大量生产，此项研究或许能加速大容量燃料箱的发展并且推动天然气驱动汽车被更加广泛地采用。

通用申请外部气囊设计保护行人安全

一项美国专利显示，通用汽车或将在车前侧安装外部安全气囊，旨在通过发动机盖下方和A柱前面的侧挡板旁边的“离散门”来保护行人免受碰撞。

该气囊被安装在车门侧前方、发动机盖下方，其有多种变化形态，它可以将发动机盖往上推，功能类似于沃尔沃的保护系统。气囊模块和充气机可以安装在侧挡板附近，外部设计一个类似于加油口盖的小门。气囊模块外部将设一个离散门，使之发生作用。离散门至少需要具备吸附特性，可以吸附在汽车挡板、发动机盖及车身其他部位上。

新技术让电动车充电摆脱“长尾巴”

电动汽车充电也可以摆脱长长的“尾巴”了。天津工业大学的“基于风光互补智能微电网电动汽车无线充电系统”技术正式通过鉴定。

科研团队利用集成分布式电源（光伏、风力等）、负荷、储能系统及控制装置构成独立的微电网为电动汽车供电。将智能微网技术与无线电能传输技术相结合，实现了独立于电网运行的电动汽车无线充电工作新模式，避免了对电网的电流冲击和谐波影响，增强了电动汽车的充电灵活性。

该研究建立了考虑光伏和风电最大功率与负荷功率关系的微电网分层控制策略模型，实现了输出电压参考值跟随车载电池充电参数改变的自适应调节。研究团队提出了电动汽车无线充电紧—强耦合协同工作模式，综合感应耦合与近场谐振无线充电技术优势，将线圈偏移的兼容性提升30%，大幅提高了无线充电系统整体能效指标，有效减小大规模电动汽车充电对电网产生的威胁，同时能够对新能源进行就地消纳，真正实现了“零排放”。

新型钛酸锂水合物充满电只需100 s

清华大学、麻省理工学院及阿贡国家实验室共同发现了一系列全新的钛酸锂水合物，相较于Li2O-TiO2材料，其电化学性能更好。该物质应用于超长循环寿命且高倍率性能的锂离子电池，有效拓展了储能材料的研究范围，并提供了电极材料改性的新思路。

在35℃试验温度下，全新钛酸锂水合物的比容量约为130 mA·h/g（在100 s内完全充满电）并实现1万次充放电过程，其每次充放电周期的容量衰减为0.001%。

大多数情况下，对于非水锂离子电池而言，水是不利物质。然而，对该款电池材料而言，结果却截然相反。当分析综合表征特性时，团队提升了材料的结构多样性并采用了纳米结构，其阳极材料内的捕获水可提升电池性能。

ORNL提出新锂电池设计理念撞击后电池容量保有值达93%

美国橡树岭国家实验室（ORNL）提出了新的锂离子电池设计理念，其电极内部存在裂缝，可在汽车事故中避免电池故障风险。该设计理念或将允许电池制造商按比例缩小外壳材料，提升整体能量密度及成本。

理念的基础在于引入了电极碎裂概念，在汽车遭遇冲击后，新设计使得电极的受损位置与其他位置隔开，避免电池短路。从本质上讲，若发生碰撞事故，新设计会使得大部分的大型车载电池碎裂为许多小电池。对样品进行压力测试后，其电容量依旧能达到初始值的93%，若换作标准电池，同等伤害会导致电池充分放电并出现故障。

对于该款重新设计的电池而言，电极的裂缝制作只会增加少量制造成本，并不要求对该款电池进行大幅改动。

研究人员使用人工智能优化算法评估电池健康状况

中国科学技术大学的研发团队提议，利用人工智能优化算法来评估电动汽车车载电池组的健康状况。准确评估电池组健康状况可获得电池组的动态响应并提升其安全可靠性。然而，电池充放电性能及电池组工作环境各不相同，这使得评估变得很难。研究人员将电池组健康状况定义为电池组最大能量存储的变化，其中包含了所有电芯的信息：电池容量、荷电状态（SOC）与开路电压间的关联性及电池的不一致性。

为预计电池组的健康状况，该团队采用了粒子群优化遗传算法。基于试验结果，该团队使用粒子滤波预估电池荷电状态以及开路电压，以避免在电池终端电压测量中产生噪声影响及漂移电流。该团队还采用了递推最小二乘算法提升了电池容量。该测试方法在实际操作中可预估电池状态，并具有高度的准确性。

Continental推无线充电系统充电1 min行驶1 km

Continental公司推出了无线充电网络系统。该系统主要依靠放置在地下的充电板发射电磁，车上的感应线圈接收电磁并利用电磁转换原理为车载电池充电。系统通过与微型导航装置相结合，可以让汽车准确停到充电板上方，与传统的停车辅助系统相比，其精确率高出10倍。此外，即使充电板上存在覆盖物，如雪和树叶，该系统也可检测到充电板的位置。大陆公司称，这套无线充电系统效率高达90%，每充电20min可行驶20km。

RTP公司研发电子波屏蔽材料可用于车用级感测系统外壳

RTP公司研发了电子波屏蔽化合物材料，对车用级感测系统而言，该材料是金属外壳或导电涂层塑料外壳的理想替代材料。

驾驶员对汽车的操作依赖于车用级雷达及传感系统的正确操作，这类系统需要靠电磁干扰防护来消除“噪声”。此外，汽车工程师将更多的电子安全系统纳入汽车中，需要新的轻量化材料为汽车减重，而电子波屏蔽材料可为其提供更大的设计灵活性。

RTP公司对这类抗电子干扰化合物进行了“精整”，针对各车载系统提供精准的电子波屏蔽防护，可融合单一的注塑化合物的热管理属性与抗电子干扰，同时起到电子波屏蔽及散热作用。公司还为该材料纳入了其他功能强化件，如：电子波吸收材料、阻燃剂及结构强化件。

大陆发布AllCharge充电技术

大陆集团发布了AllCharge全能充电技术，该技术可以利用任何充电桩给汽车充电，类似于电动汽车的万能充电器，不仅解决了汽车充电兼容性的问题，还大大提升了汽车使用的便捷性。

为了使未来的汽车能够在任何一个充电桩上充电，工程师们改造了电动发动机和逆变电源，通过增加保证电池电流发挥最佳效能的直流/直流转换器，使发动机和逆变电源支持充电，从而使系统既可以使用直流充电桩也可以使用交流充电桩。使用交流电源，可以达到43 kW，仅10 min就可以提供80 km所需电量；而800 V的快速充电桩可以在10 min提供482.8 km所需电量。AllCharge系统还可以让电动汽车具有双向充电的能力，即向其他设备传输电量。

欧司朗与Rinspeed合作Snap车型

欧司朗与Rinspeed汽车公司合作推出了自动驾驶概念车Snap。Snap提供了个性化的照明选项、温度偏好设置及可调座椅，从而满足乘客的需求。进入汽车后，可借助虹膜扫描技术，对车内环境进行定制化设置。

该车还利用基于LED的投影照明设备，为用户提供红毯欢迎的热情待遇，同时为行人提供安全建议。LED及激光可使前后窗的屏幕信息更为丰富，可传输信息或实现汽车与周边环境的信息交流。此外，还可定制LED汽车牌照，显示驾驶员的相关信息，适用于未来汽车共享的需求，同时还符合相应的交通法规。高功率紫外LED可实现车内消毒，防止多用户使用后造成病菌传播。智能手表的生物监测功能也将与该车实现网络互联，为出现突发状况的乘客提供辅助。

高热变形温度塑料制触摸屏

德国Preh公司为中央堆栈操作系统的空调功能开发了一种表面略微缩进的触摸屏，触觉定位辅助使得该触摸屏的操作更加方便。

定位辅助被整合到了采用热塑性PLEXIMIDRTT50材料制成的触摸屏膜中。除了具有良好的光学性能外，该材料还提供了非常精确的模具表面复制性，这使其成为三维成型的理想材料。采用该材料能够简单地注塑成型部件，满足了汽车行业的大批量生产需求。

PLEXIMIDR表现出了很高的化学耐受性，对操作系统的人手上的汗液、乳霜和食品等不敏感；高表面硬度能承受钥匙或手提包带来的机械应力；凭借高热变形温度，其还能够承受阳光下驻车积聚起来的热量（100℃以上）；因为触摸屏膜是被粘接到硅酸盐玻璃显示器的后面，因此覆盖层必须在温度波动时表现出极小的膨胀，低热膨胀率是该材料的另一个关键优势。

燃料电池导电涂层使用碳纳米材料降成本

传统的PEM燃料电池金属双极板通常需要采用导电涂层，尽可能减少电阻性损耗。该类涂层需要高技术工艺来完成连续生产过程，成本高昂。一项名为NovCoat的项目采用纳米碳材料，替代传统的物理气相沉积法（PVD），旨在研发新款导电涂层。

该项目采用功能化的纳米碳（石墨和/或纳米碳管）研发先进涂层，将其作为首要的导电部件，提升Z平面的导电性，使其符合美国能源部车用级材料的相关标准。

NovCoat项目成功实现了在不锈钢上涂装纳米碳涂层，使其性能类似于PVD涂层，根据环境条件及方案实现卷对卷制程，将有助于驱动输出水平，并大幅降低成本。

能用脑电波控制的汽车

日产IMxConcept概念车定位于一款小型跨界SUV，作为一款纯电动汽车，其最大输出功率可达320 kW，峰值转矩为700 N·m，综合续驶里程达到600 km。开启自动驾驶后，转向盘还会被收纳，座椅也将倾斜，为乘客营造最舒服的环境。

该车还拥有一项强大的科技：“用脑电波控制汽车”。该技术可通过脑电图技术读取并分析驾驶者大脑中的信号，然后再对驾驶者下一步的动作进行判断，对其提供辅助，改善驾驶体验。

当检测到驾驶者疲劳时，系统会改变驾驶风格，创造出更为舒适、放松的驾驶环境；当检测到驾驶者注意力不集中时，可使用增强现实来改变驾驶者看到的东西，必要时会辅助刹车或者刹停汽车。

麦格纳提供电气化动力总成架构方案

麦格纳推出了etelligentDrive系统，为旗下客户提供了各类电气化动力总成架构方案，其产品涵盖了混动车到纯电动车。

该系统由高度集成的电驱动系统及2款电动机组成，其分别位于汽车的前桥与后桥上。借助该系统，测试车将实现超强的纵向及横向动力学，稳定性更强，安全性更高。测试车内的各电驱动系统采用了140 kW电动机，提升了电动机的整体性能，使其功率峰值达到420 kW。电动机还与单速减速齿轮变速器及一款逆变器相搭配，封装十分紧凑。

研究人员向电解液加入磷及硫或将续驶里程提升3倍

滑铁卢大学的新研究或将使电池研发取得突破性进步，该项技术突破包括采用锂金属制作的负极，该材料或将大幅提升电池的储能，使电动车的续驶里程从200 km升至600 km。

在反复充放电过程中，锂金属的微结构会发生改变，或将导致电池起火或爆炸；电池发生化学反应时，会产生腐蚀并限制电极的表现，从而影响其使用时间。研究人员向电池的电解液内加入了磷及硫等化学物质，同时克服了上述2项难题。化学物将同电池内的锂金属电极发生反应，研究人员还为该电池电极涂覆了极薄的保护层。该方法发挥了锂金属电极的优点，在不牺牲安全性或降低电池使用寿命的前提下，大幅提升了电池的续驶里程。该项技术突破意味着未来电池的价格将变得更便宜、安全性更高、续航更持久。