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2019-11-26

汽车工程师 2019年11期
关键词:阴极电池传感器

红旗品牌新能源战略持续进击

继红旗HS5 在“2019 年中国量产车性能大赛”摘得2 站冠军后,红旗E-HS3 在“2019 中国新能源汽车大赛·三亚站”,又夺得“紧凑型纯电动SUV 组(长轴)”冠军,同时荣膺“2019 中国新能源年度推荐车型”。

红旗E-HS3 采用整体铸铝前副车架,装备了麦弗逊式独立前悬架系统和多连杆独立后悬架系统。在定圆测试环节,红旗E-HS3的悬架系统韧劲十足,尤其是在高速过弯时,出色的底盘结构有效地防止了汽车侧倾,始终保持车身姿态稳定。在2 个比赛项目中,红旗E-HS3 的加速、制动、转向和悬挂支撑等性能表现优异。

无线充电系统进一步缩短电动车充电时间

美国能源部ORNL 的研究人员设计并测试了可将功率密度增加1 倍的新型无线充电方案,可使新系统比现有技术更轻,更具安全性。

此种免提充电法包括一组2 个充电线圈,一个固定在电动汽车下方,一个固定在地面上。当2 个充电线圈匹配好之后,电力就会传输至汽车,给电池充电。该解决方案包括1 个三相系统,在线圈层之间具备旋转磁场。这种分层设计的线圈能够更均匀地传输能量,使功率密度增加。该三相系统可以成功传输50 kW 的能量,效率达95%。随着该系统的功率扩展至300 kW,预计比功率也会得到提升。这将使实现20 min 为电动汽车充满电的目标又进了一步。

普渡大学推出纳米链电极可增加电动车电池容量

电动汽车中电池寿命的长短取决于电池负极材料中可以存储多少锂离子,而具备较高锂离子存储能力的材料大多太重,或形状不合适,都无法代替目前电池中使用的电极材料——石墨。普渡大学的研究人员推出一种方法,能够将电极材料重新组合,设计新电极,从而延长电池寿命,使电池更稳定,并且缩短充电时间。

该项研究创造了一种网状结构,称为“纳米链”,由锑构成。锑是一种能够增强锂离子电池充电能力的金属。科学家通过使用化合物(还原剂和成核剂),将小的锑颗粒连接成纳米链形状,以容纳膨胀空间。研究小组采用的特殊还原剂氨硼烷,在纳米链内部创造空隙,从而允许一定的膨胀并防止电极失效。研究小组将氨硼烷应用于几种不同的锑化合物中,发现只有氨化锑产生了纳米链结构,而且该纳米链结构让电池的锂离子容量在至少100 次的充放电循环后仍保持稳定。研究人员将此类纳米链电极与石墨电极进行比较,得出其锂离子容量是配备石墨电极电池的2 倍。

汽车安全装置集成模块保护乘客安全

现代摩比斯研发出一种新安全技术,将2 个独立的安全气囊和电子安全带的ECU(电控单元)合并为一个装置,还能接收先进雷达传感器的实时数据,保护乘客的安全。

该装置称为“安全装置集成控制模块”。当该模块在外部摄像头和雷达传感器的帮助下感知到危险状况,如道路上有障碍物或前方突然有车停下,其会通过激活和收紧电子安全带警告乘客。如果预测到会发生碰撞,则会激活自动紧急制动系统,同时调整电子安全带,将乘客牢牢固定在座椅上。如果无法避免碰撞事故的发生,该模块则会根据碰撞的强度部署预紧装置和安全气囊。这种只使用一个ECU 控制主动和被动安全的装置,可使安全装置的效率最大化。

智能设备可将任何车辆变成智能汽车

韩国初创公司CarVi 研发了一项尖端技术,利用人工智能技术,能够将任何车辆变成智能汽车,而且可以实时提供驾驶分析和警报,还能够实时提醒用户注意危险情况,使道路驾驶更安全。

CarVi 的智能设备是一款圆形摄像头传感器,可安装在汽车的挡风玻璃上,能够收集连接到CarVi 服务器的图像和驾驶模式数据。该设备具有前方碰撞预警、车道偏离预警、行车习惯数据采集等功能。用户可以通过集成的仪表盘访问所有收集的信息。该技术是唯一既支持ADAS 又支持情境视觉数据的解决方案,已被证明可以减少25%以上的事故,同时还可以为现有及未来的应用提供情境数据。

汽车A 柱可实现隐形

美国一位14 岁少女研发了一个包括1 个网络摄像头、投影仪、3D 打印适配器和一些反光织物材料的系统,其可以让汽车A 柱隐形,从而消除驾驶盲点,提高驾驶安全性。

这一名为“通过消除盲点以提高汽车安全性”的项目,是将网络摄像头(安装在汽车外部)拍摄的图像发送至投影仪(安装在汽车内部的天窗附近),投影仪再将视频投射至A 柱,而且A 柱上覆盖的反光织物材料可以让图像更清晰。

这种使用反光织物材料的想法不仅巧妙,而且价格便宜。在该系统中,此种材料还有助于减少投影仪对车内乘客造成眩光。

储能超10 倍的锂硫电池有望取代锂离子电池

锂硫电池可以存储比锂离子电池多10 倍的能量,但是此种电池无法重复充放电。新加坡NBL 研究团队研发了一种新型简化技术,有助于锂硫电池系统得到普及,进而替代锂离子电池。

NBL 的锂硫电池阴极显示了良好的比容量,高达1 220 mA·h/g,而典型锂离子电池阴极的比容量为140 mA·h/g。此外,NBL 的锂硫电池阴极在200 次以上的充电循环后,仍保持很高的容量,性能的损失降至最小。能够达到此种性能的关键在于NBL 采用了独特的阴极制备两步法:研究人员在添加硫之前,先构建了碳支架,得到一种3D 互联多孔纳米材料。与传统制备阴极的方法不同,该方法可以在电池充电时,防止碳支架坍塌。NBL 阴极的比容量比传统法制备而成的硫阴极高出48%,容量消褪率降低了26%。如果该阴极中添加了更多的硫,NBL 阴极的实用表面积容量将高达4 mA·h/cm2。

一汽智能网联汽车试验场合作项目奠基

由中国一汽和赛轮集团联合发起建设的华东(东营)智能网联汽车试验场奠基仪式在山东正式举行。该试验场项目总投资28 亿元,一期投资超过15 亿元,规划建设成为世界级标准的智能网联汽车测试平台。

该试验场的建设由一汽主导设计,赛轮参与协助。在一汽和赛轮集团联合牵头下,实现了对通信公司、互联网企业以及基础设施建设方等单位的整合。试验场定位为多元合作、开放共享,以智能网联汽车技术为核心,为智慧城市、智慧交通出行而打造的可扩展生态化试验场。试验场可覆盖智能网联汽车典型测试场景和综合性能测试设施,能开展虚拟及实车在环测试,支持自动驾驶汽车5G 车路协同技术研发测试等。

扭矩控制双离合器系统提升电动汽车整体效率

博格华纳公司利用全轮驱动(AWD)和耦合技术专业知识和产品,创造了扭矩控制双离合器组件,该组件包括内外2 个离合器,可替代传统电动传动系统中的差速器。该技术可使传动系统的质量减轻、占据的空间更小,从而提升汽车的整体效率。

为了提升电动汽车的操稳性,该扭矩控制双离合器组件可以独立控制扭矩,将扭矩从后轴分配给左右车轮。该组件连接至1 个电机,配备2 个第6 代驱动器(每个离合器1 个),可动态地传递扭矩,以改善转向响应和可控性,为客户提供稳定、愉悦的驾驶体验。该系统每个离合器的扭矩高达2 600 N·m,如果无需全轮驱动,可断开后轴。随后,汽车会在前轮驱动下运行,减少扭矩损失,增加电动汽车的续航里程。

新系统在汽车驶过时可快速测量胎面深度

轮胎是汽车的一个重要组成部分,对于行车安全来说也非常重要,为了保证汽车使用功能完好的轮胎,Tyrata 推出一个实时测量胎面深度的IntelliTreadTMDrive-Over-System 系统(DOS)。当汽车驶过低洼、类似减速带的装置时,该系统能够提供有关轮胎胎面磨损的可操作数据。只需让汽车、卡车或公交车驶过该系统,其就可快速评估胎面深度,实时获取胎面读数。而此类测量数据可以通过让磨损轮胎得到及时更换,促进合适的轮胎维修服务、减少燃料消耗、提高行驶安全性。通过获取、处理和分析数据,该系统能够提供关键的数据点,而此类数据点可用于延长轮胎的使用寿命,或不让已经磨损的轮胎上路,从而使与轮胎磨损相关的故障降至最少。

特斯拉新专利让电池组更耐用与更高效

特斯拉在名为“储能系统”的专利中描述了一个新系统,该系统能够减少或者消除对电池组中电池芯造成损害的多种故障。该专利中描述了2 种可以改善电池组的策略,其中之一是一种利用冷凝板的创新系统,能够帮助消除电池组在使用过程中产生的热量,还可以结合使用热管达到该目的。此外,特斯拉还描述了一个电池组,该电池组的某些区域发生机械故障时,可以自动让路。通过采用这样一个系统,即使电池组中有些电池芯出现了故障,其余大多数电池芯也都能得到保护。

罗姆推出超强抗噪比较器

半导体制造商罗姆(ROHM)宣布开发了BA8290xYxxx-CSeries 系列接地检测比较器。该系列比较器具有出色的抗电磁干扰(抗噪声)性能,适用于汽车系统中的传感器应用,如ECU 和动力系统。

该系列比较器在用于确定传感器输出信号的阈值时,具有出色的抗噪性能。根据ISO 11452-2 标准进行测试时,其在所有噪声频段的输出电压波动均在±1%以内。传统比较器由于噪声的影响,输出电压波动通常高达±20%,甚至会导致故障(高/低倒置)。相比之下,罗姆的新系列产品不受噪声影响,可靠性更高。通常情况下,噪声评估和测量需要使用外部滤波器,而该系列产品减少了噪声评估和测量所需的时间,进而减少了系统设计工时。

新型高效发动机技术减少燃耗高达20%

荷兰初创公司ECONAMIQ 正在开发一种新型发动机技术,可以节省高达20%的燃耗。

ECONAMIQ 通过使气体过度膨胀至邻近停缸气缸,在现有发动机架构内创建额外的动力冲程,从而显著提高热效率,并节约成本。利用从运转气缸中排出的废气产生压力,推动“空闲”气缸工作,以便在部分负载运行期间,提升发动机的工作效率。利用虚拟发动机仿真环境,将该循环应用于四缸SI 发动机。从模拟结果可以看出,发动机的各类运行变量都得到优化,进一步降低燃耗。通过过度膨胀循环,最终的制动比油耗降低10%以上。同时,将发动机(2 个燃烧气缸)性能提高10%以上。

这项新技术尤其适用于混合动力汽车。在辅助动力运行或电池充电时,ECONAMIQ 能够快速预热发动机,实现高效循环,从而减少燃耗。比起广泛使用的小型内燃发动机,ECONAMIQ 能够提供更大的节能潜力,同时具有排量更大的优点。根据ECONAMIQ技术原理,通过通气道气体的内部交换,确保发动机更迅速地达到工作温度。此外,在气缸停缸期间,减少发动机的振动现象。

高性能仿真环境能够验证自动驾驶汽车传感器系统

德国公司dSPACE 为开发人员提供了高性能的仿真环境Sensor Simulation,以便在整个开发过程中验证摄像头、激光雷达和雷达传感器。在此种环境下,可以简单地在HIL(硬件在环)仿真中验证传感器系统,也可以在MIL(模型在环)仿真中,或者基于云的软件在环(SIL)仿真中进行验证。

dSPACE Sensor Simulation 通过库菜单,为用户提供传感器环境模型。这些模型可用于创建虚拟的3D 世界,可将道路使用者、交通标志或路沿结构等真实物体植入自动驾驶汽车的环境中。通过菜单,用户还可以访问材料数据库,其中包含1 300 多个对象和170 个预定义的材料,用户还可以对该材料数据库进行补充。新的仿真环境还允许集成客户专用传感器的前端,因此,该传感器技术适用于独立应用。

超紧凑型板条箱电机促进汽车动力系统电气化

英国Swindon Powertrain 公司开发了一款紧凑型板条箱电机。该电机的功率为80 kW,可为小批量产能的车型提供电力系统。这将促进汽车动力系统走向电气化。

新电机总成质量仅为70 kg,长600 mm,宽440 mm,高280 mm,有助于减轻汽车质量,降低汽车质心,可以安装在小型车的发动机舱里。该电机具有防水功能,可以用于紧凑型越野车辆。该动力系统具有多个安装点,逆变器和冷却包的安装位置灵活,可适应一系列车型。紧凑的HPD 外壳中包含电机、单速变速器和冷却系统。该装置还可以作为混合动力汽车动力传动系统的电气组件。

新技术将自动驾驶汽车碰撞伤害降至最小

加拿大滑铁卢大学的工程师已经研发出一种决策和运动规划技术,在自动驾驶汽车无可避免地发生碰撞事故时,该系统会分析所有选择,并选出造成的结果最不严重的行动路线,将伤害和损害降至最小。

自动驾驶汽车(AV)减轻事故伤害技术的首要规则就是避免其与行人相撞。在此基础上,该技术会权衡相对速度、碰撞角度、质量差异和汽车类型等各种因素,决定制动或转向等最佳的操作方式。新系统将主要根据预先设定的数学计算来决定AV 在紧急情况下应该如何应对,此类数学计算会考虑到碰撞伤害和损害的严重性。

现代摩比斯开发新后方自动紧急制动系统

现代摩比斯开发了新的后方自动紧急制动(R-AEB)技术,将超短程雷达(USRR)用于R-AEB,比传统超声波传感器反应更快,探测范围更广,有助于防止意外倒车事故。

超声波传感器可以探测到汽车后方3 m 以内的物体,而现代摩比斯的USRR 的探测距离长达5 m。较长的检测范围可以预测意外碰撞,因此有助于主动响应。该系统可以预先检测远距离物体,并在物体进入碰撞范围时发出预警,并进行紧急制动。

超声波传感器无法对移动的行人或物体做出响应,而USRR 检测范围广,可以更有效地检测移动的物体。超声波以空气为载体,受温度、湿度和风的影响。因此,遇到大风时,超声波传感器的检测性能会下降,此外,还会受到其他汽车的超声波信号或摩托车和卡车噪声的影响。而USRR 使用电磁波,不受以上因素影响,性能更可靠。现有的超声波传感器需要在保险杠上钻孔才能安装,而USRR 设计独特,可以安装在保险杠内部,不会影响保险杠外观设计的美观。

新型48 V 电池助轻混车降耗12%~15%

德国马勒Powertrain 推出了新款48 V 电池,可用于轻度混合电动汽车,使存储和释放的回收能量实现最大化,从而显著提高轻混车型的效率,节省12%~15%的燃料。随着48 V电池的推出,马勒Powertrain 48 V 系统的能力得到提升,而且与高压系统相比,在安全和成本方面更具优势。

在马勒研发的电池组中,电池芯中的钛酸锂(LTO)化学物使存储容量只有0.5 kW·h 的电池组的充放电功率可达10 kW,短期内的峰值充放电功率可高达20 kW。

最佳的电池冷却系统需要保证电池的充放电性能和耐久性。不过,冷却剂需要从电池芯中隔离出来。马勒Powertrain 采用了强大的冷却策略,模拟结果显示,电池的冷却性能完全符合预期。

特斯拉推出V3 充电桩15 min完成充电

方便、快速的充电技术将会是电动汽车最大的优势。特斯拉推出了一个V3 增压器,能够在5 min 内完成120 km 的续航补充,这使得电动汽车的充电时间进一步缩短。

V3 新型电力电子增压器的设计可以使任何车主都能在电池所能承受的最大功率下充电。意味着每一个充电器都会具备最大功率,而不用担心被旁边的充电桩分走电量。这项技术的加入意味着充电时间将会降至15 min 左右。

低成本高性能锂电池阴极材料研制成功

加拿大Nano One Materials 公司研发出一种以低成本生产高性能锂离子电池阴极材料的方法。此种材料称为高压尖晶石,不含钴,具备4.7 V 的电压,比手持设备和电动汽车电池中的电压高30%~40%。该公司技术制造的是单晶颗粒,而不是大团的阴极材料,可以防止因电池重复充电而开裂和退化,提高了阴极材料的耐久性,显著提高电池的寿命以及续航里程。

与此同时,公司采用更少的步骤和更简单的材料,在Nano One 的高压尖晶石(HVS)的表面制备一层稳定的离子导电涂层,可以通过抑制液体电解质中锰的溶解,提高固体电解质的导电性。目前,Nano One 已经研发出2 种涂层,可以在55 ℃的电池循环下稳定阴极,同时在不影响容量的情况下,提高电池的耐久性和稳定性。

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