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2020-11-23

汽车工程师 2020年2期
关键词:电极电池汽车

美国大学设计高镍层氧化物阴极

大多数商用锂离子电池的电极都含有大量的钴。钴很昂贵,储量也不丰富,这大大增加了锂电池的制造成本。美国德克萨斯大学奥斯汀分校考虑了几种高镍层氧化物阴极设计,此种阴极有望在未来10 年内用于锂电池。在电极中使用镍而不用钴的主要优点是成本更低、更容易找到材料。此外,与钴含量高的阴极相比,镍含量高的电极具有更高的电荷存储容量、能量密度以及更长的运行时间。研究中提出了一系列策略,可以优化当前的合成过程,合成镍含量高、钴含量高、性能好的锂离子电池电极材料。不过,含镍高的电极材料暴露在空气中容易降解,含有大量镍材料的层状氧化物阴极很难在保持良好性能的同时进行合成。

大陆智能十字路口技术可探测走错道的驾驶员

大陆公司在密歇根州奥本山推出了智能城市出行与交通枢纽,该枢纽有2 条智能十字路口,配备了大陆公司的短程与远程传感器,以及一个探测驾驶员走错道的系统。该技术能够改善交通流量,减少污染,并向驶近的网联车辆和行人发送潜在危险信息,以显著提升安全性。大陆公司希望运用其在汽车行业多年的经验,让十字路口更加智能化。该方案可以向驶近的车辆发送有隐藏危险的警报,通过额外分析和人工智能技术,可以预测行人的意图,即使车辆有通行权时,也可帮助提醒驾驶员注意行人有过马路的意图。

此外,该系统可以警告附近处于危险中的驾驶员,正在往错误方向行驶,专为部署在高速公路上而设计。该自学习系统能够自动定义道路和行进方向,然后通过推送通知给移动设备或网联车辆发送警报,告知处于危险中的车辆有关走错道驾驶员所在位置、车速和行进方向的信息。

澳高校研发更便宜催化剂为氢动力汽车制氢

澳大利亚新南威尔士大学展示了一种更便宜、更可持续的制造氢气的方法,为氢动力汽车提供动力。

研究表明,可采用铁和镍等低成本催化剂,通过从水中将氢氧分离,以捕获氢气,此类催化剂不仅会加速该化学反应,还会消耗较少的能量。在电极上涂覆催化剂,由于该催化剂上有一个微小的纳米级界面,让铁原子和镍原子能够相遇,成为分解水的活性位点。因而,氢可以从水中分离出来成为燃料,而氧可以作为一种环保型废物被释放出来。

镍铁催化剂在制氢方面与铂催化剂一样活跃,并且可以同时催化产生氢气和氧气。因此,不仅可以降低生产成本,还能够用1 种催化剂完成2 种催化剂的任务,从而降低成本。

新型超声波传感器实现无按钮触控用户界面

一项新研发成果“超声波单芯片系统”可以作为一个技术平台,实现无按钮的新型触控用户界面。这是全球首个也是最小的超声波传感器,几乎可以穿透任何厚度的材料,以进行触觉感知。该传感器可以应用于自动驾驶汽车等。

传感器可以探测表面微观变形以及测量压力等超声波。所有与该超声波传感器的互动都由其芯片进行,因此该新组件几乎可以嵌入到配备任何处理器的设备中。能够只需触摸金属镀铬车门把手,就可以打开或锁上车门。

采用3D Z-force 的超声波传感器可以在需要手套、外部覆盖物、外壳以及排斥水、冰的应用中进行重量测量。

新一代眼球追踪技术可判断驾驶员情绪

Smart Eye 将展示其下一代眼球追踪技术,不仅能监测驾驶员是否疲劳和注意力分散,还能进行面部识别,通过监测面部表情判断驾驶员情绪。该技术集成了驾驶员监控系统(DMS)与车内传感,可使用更少的资源实现更多的功能。该公司的算法可以在多种平台上运行,并且可以充分利用车辆现有的基础设施。

该技术主要用于通过DMS 提升关键安全应用性能,DMS 是实现全自动驾驶汽车的重要前提。未来座舱感知功能将包括乘员监测、安全带状态监测、车内遗忘物体监测,以及其他扩展功能。这种对车内情况的观察可以帮助汽车无缝地将车辆控制权转移到清醒的驾驶员手中,或在紧急医疗情况呼叫求助,或者适时播放歌曲。

加州大学研发新型车内空气部分再循环技术

关闭车窗,将汽车通风系统进行再循环设置可以降低颗粒物的浓度,去除大部分会穿透人体肺部的超细纳米颗粒。不过,这样会增加CO2的积累,而现在几乎没有汽车配备可以减少车内CO2的技术。加州大学通过研究车外污染物进入车内的方式,找到了改善车内空气质量的方法,可以以特定角度打开车内空气再循环系统的扇门,从而控制再循环系统与新鲜空气之间的换气程度,以减少CO2,同时将车内颗粒物保持在可接受的水平。该部分空气再循环的技术可应用于经过改进的空气过滤系统,以减少车内的颗粒物、CO2和NOx。切换模式的频率将取决于车速、乘客数量、车身和车窗的密封性以及车内空气过滤系统的效率。

自愈软件让汽车不停机自动修复软件故障

Aurora Labs 研发了一款“自修复汽车”软件,它是一种能够主动探测软件bug 的远程检测系统,可以检测和修复潜在的汽车故障,并在不让汽车停机的情况下,自动更新和验证车载软件。

Aurora Labs 公司的代码行行为(Line-Of-Code Behavior)技术,由机器学习和人工智能技术提供支持,能够深度了解100 多个车辆发动机控制单元(ECU)上安装了什么软件,以及软件之间的关系。除了能够检测软件故障外,该技术还可以让汽车在不停机的情况下,远程、无线更新软件。无需大规模召回车辆,该软件能够采用短期修复功能,确保功能持续运行,随后可对汽车进行全面升级。

南洋理工让塑料变燃料供氢燃料电池汽车使用

新加坡南洋理工大学发现了一种新方法,将塑料与催化剂(金属钒制成)混合到一种溶剂中,该溶剂可以利用光能,将溶解的塑料转化为甲酸(一种可用于燃料电池发电的化学物质)。该工艺将聚乙烯转化为甲酸,可用于发电厂和氢燃料电池车,以生产能源。

大多数塑料都是不可生物降解的,因为其含有一种惰性化学键(碳-碳键),如果不是在高温下,此种化学键不容易被分解。而南洋理工大学研究小组研发的新型钒基光催化剂可专门分解此类化学键,通过附着在附近一种名为醇基的化学基团上,利用从阳光中吸收的能量解开分子,就像拉开拉链一样。

韩国研发新型单片电极

韩国大学成功研制出一款带有薄薄的三维有机电极的柔性电池。此电池使用三维铜集电极,质量为使用传统铜集电极电池的1/10,不再使用石墨烯阳极而是采用有机材料,能够将电池的能量密度提高4 倍甚至更多。研究小组利用单壁碳纳米管气凝胶制成了具有高导电性的三维结构,通过对三维单片电极涂覆8 nm、可调节厚度的超薄酰亚胺基(IBN)网络有机材料,制造出超薄的单片有机电极,能够实现很高的导电性,而且还可以改善可充电电池的电化学性能。此外,涂层有机材料的厚度易于控制,能够大大提高有机电极的电流密度。

该电极可以取代基于金属的集电极,使得研发轻便灵活的可充电电池成为可能,而此种电池可应用于下一代电动交通工具等。

Draper推出芯片级激光雷达集成MEMS

Draper 研发出一种芯片级激光雷达,采用了已经获得专利的纯数字化MEMS(微电子机械系统)光学开关,以控制扫描光束,该开关非常坚固,能够适应严酷的汽车环境,比依赖于模拟光束控制的固态法更具优势。此外,该激光雷达采用了新型部件,而且此类设备都集成到一个芯片上,使其在探测范围和分辨率上都超越了现有的激光雷达,能够在50 m 外绘制物体的图像。在研发过程中,Draper 还展示了低损耗波导管,经验证,损耗低于1 dB/cm,同时MEMS 光学开关可循环使用100 亿次。使用Draper的激光雷达,光束会通过一个光学开关矩阵发射出来,再利用同样的光学开关接收该光束,从而产生良好的信噪比,因而几乎不会被采集到环境光。

英国拟出台最严排放新规2035年后禁售燃油车

英国政府计划在2035 年以前禁止销售所有搭载汽油和柴油发动机的汽车,其中包括混合动力和插电式混合动力车型。这意味着,自2020 年开始,在15 年后的英国市场,只有日产聆风、捷豹I-Pace 这样的纯电动车型才能上市销售,新的氢燃料电池汽车也将被允许销售。

业内普遍认为,英国政府的这一轮新政过于激进。毕竟,在电气化时代的路线之争中,依旧有大部分制造商在插电式混合动力上投入了大量资金,而严格的新规也将给石油国家带来更多不安,尤其是未来有更多国家效法英国的前提下。

Vayyar发布60 GHz汽车级MIMO雷达芯片

Vayyar 发布了全球首款60 GHz 汽车级多输入多输出雷达芯片(ROC)。该解决方案提供Vayyar 的79 GHz 参考设计的完整功能,使汽车行业达到欧盟NCAP 与美国Hot-Car 的安全标准。该解决方案是首款满足全球监管要求的传感器,利用其专有的4D 点云体素成像技术,显示人的外形尺寸、位置、呼吸模式和运动。无论是视线或光线不佳,还是天气条件恶劣,此种高分辨率、高性能的ROC 都能够对汽车环境进行完整分类,进而提供出色的安全性能。该解决方案可为制造商和零件供应商的全球量产准备工作提供充分的灵活性,而无需考虑监管问题。解决方案于2019 年进行了密集的选择性雷达信标测试,包含数百万个测试样本,以确保可靠性、准确性和通用性,现已预备进行大规模生产和部署。

掺硼纳米金刚石将用作超级电容器电极

超级电容器的充放电速度更快,能够持续工作的时间也更长,因而可用于车辆再生制动。日本研发团队探索利用掺硼纳米金刚石作为超级电容器电极的可能性,电极是电池或电容器中的导电材料,它将电解液与外部电线连接,将电流输送出系统。该电极材料掺硼金刚石具有宽电位窗,能够让高储能设备在长时间内保持稳定。采用一种名为微波等离子体辅助化学气相沉积的技术来制造此类电极,并通过测试验证性能。在含有水硫酸电解液的双电极系统中,此类电极产生的电压比传统电池的高得多,因此超级电容器的能量和功率密度也会高得多。此外,即使经过1 万次的充放电循环,该电极仍然非常稳定。

掺硼纳米金刚石电极对于水基超级电容器非常有用,而此类超级电容器适合用作高速充放电的高储能设备。

FLIR携手ANSYS提高自动驾驶安全性

FLIR 正与ANSYS 进行合作,为辅助驾驶和自动驾驶汽车提供卓越的危险检测能力。FLIR 将其热传感器集成到ANSYS 的前沿驾驶模拟器中,在高度逼真的虚拟世界中对热摄像头设计进行建模、测试和验证。新的解决方案将优化热摄像头,以配合自动紧急制动和行人检测等工具,从而减少开发时间。

将ANSYS 的仿真解决方案整合到现有的物理测试工具套件中,可帮助工程师、汽车制造商和汽车供应商提高车辆在各种驾驶条件下的安全性。此外,还可以重现在物理环境中极难复制的罕见场景,有助于提升神经网络和自动紧急制动(AEB)等安全功能的性能。利用ANSYS的解决方案,FLIR 可以为汽车制造商提供更多支持,加速开发和认证配备热摄像头的辅助驾驶系统。

主动热探测技术可实现超分辨率成像

韩国研究人员发现,因探测光束导致温度上升,本身就可以当作探测物体的信号,即所谓的“主动热探测”,与传统的只应用于微缩成像的技术相比,此种技术可以实现所有规模的超分辨率成像。超分辨率成像能够揭示图像的小细节,因而能够用于发现之前隐藏的物体。研究人员从理论上证实了热辐射的超线性,精确量化了被加热物体发射出的光子数量。即使温度只微弱升高,也会导致光发射发生巨大变化。该过程加上主动加热和探测方案,可以帮助以超高分辨率探测目标物体。

该技术可以应用于无损探测热成像、自动驾驶汽车的激光雷达和雷达技术等,而且还为最新的热光电探测器开辟了新型应用领域。

Rivian获充电显示器专利让电动汽车充电更便捷

Rivian 获得新专利“外部光源和充电显示器”,采用更加便捷、更富有创意性的充电指示灯,让车主一眼看清电动汽车的充电状态。新系统采用明亮的LED 灯,并将这些发光二极管纳入灯光系统,让车主在停车场或充电站对面也能看清汽车的电池电量。其便利之处在于,用户可以更加方便地读取电动汽车的充电指示灯;在距离电动汽车较近或较远的地方,都可以看到指示灯;利用现有外部照明或照明区域,提供充电指示灯。

该系统还采用近距离传感器,监测附近是否有人。其工作原理与运动监测系统很相似。当充电汽车附近15 m 以内有人出现时,显示灯就会亮起。另外,可以利用手机的蓝牙信号,确定车主何时到来,以便到时激活照明系统,帮助驾驶员确定充电进度。

挪威为回收电动汽车电池中的锂做准备

锂离子电池是电动汽车的重要组成部分。但是锂却很罕见,回收锂也很难实现盈利。挪威科技大学的研究团队正致力于利用湿法冶金术从电动汽车中回收锂,即首先要将原材料溶解在水中,然后想要提取的物质会沉淀下来。

通常,电动汽车电池的寿命为10 年左右,在未来几年内,电动汽车的数量会越来越多,废旧电池数量也会急剧上升,回收电池利润也会升高,因此要先准备好回收技术和设备。目前回收锂的利润率较低主要原因在于量还是太少。研究除锂以外的金属的回收也很重要,因为以后汽车电池可能会使用与现在完全不同的金属。

博世专为长途运输推出新型AGM电池

博世在商用车电池系列中新补充了TA AGM12V 电池。在商用车静止运行时,该电池可为车上安装的停车冷却器、停车加热器、微波炉或电视等各种电气设备提供可靠的电力供应,从而可以减少故障和不必要的停机时间。

新款电池配备了吸附式玻璃纤维隔板(AGM)技术,专为长途运输等要求苛刻的应用而研发。此种电池具有很高的抗振性,因而可以安装在卡车的后面。该电池的放电深度高达80%,与传统铅酸电池相比,深循环电阻高出6 倍,从而可减少因循环负载引发故障的数量。该电池能够为安全冷启动和所有舒适性功能可靠地提供足够的电力。由于与AGM技术联系紧密使其具备稳定的微循环,该电池也适用于启停系统、航行或滑行等功能,而且无需发动机提供支持。

阴极材料退化机理研究助力大容量电池研发

德国研究人员研究了阴极材料合成过程中结构的变化,并获得了有关阴极材料退化机理的重要发现,或有助于研发更大容量的电池,以延长电动汽车的续航里程。该退化机理描述为:阴极材料不会直接发生退化,而是通过形成很难被注意到的含锂岩盐结构而间接退化。此外,氧气在反应中也起着重要作用。除了此类结果,该研究还揭示了电池技术的行为并不一定直接因退化造成。这是研究人员在合成阴极材料的过程中发现的。

该研究结果是一个重要的里程碑,将促进电动汽车高能量锂离子电池的研发。研究人员采用了新型测试方法,以尽量减少层状氧化物的退化,并开始研发合适的新型电池。

加州大学研发驾乘人员手部动作追踪技术

加州大学研发了新型手部动作追踪系统,能够跟踪不专心的驾驶员的手部动作,从而计算出在紧急情况下,驾驶员需要多长时间才能控制自动驾驶汽车。新方法采用了一种现有的追踪人体全身动作的程序,并对该程序进行了调整,使之能够追踪驾驶员和乘客手腕和肘部的动作。该程序能够区分前排2 名乘客的左右手腕和肘关节。研究人员研发了机器学习算法并进行应用,以训练支持L3 自动驾驶技术的系统,采用8 500 张带注释的图片对该系统进行了训练。该方法能够用于各种真实驾驶环境,高度准确和高效地定位手部,并对手部动作进行分析。该系统能够识别8 个关节的位置,准确率高达95%。

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