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分析混合电动汽车如何突破电池技术瓶颈

发布时间:2018-02-15 来源:未知 作者:admin 浏览次数:



1.引言
随着经济的发展,汽车的数量不断增加,环境污染问题日趋严重。新能源汽车核心零部件的垄断,提升我国自主品牌汽车竞争力。因此研究节约能源,降低排放,保护环境的汽车,以绿色环保汽车代替燃油汽车是社会可持续发展战略的需要,成为世界各国共同关注的问题。电动气车是一种节约燃油资源、减少污染甚至零排放的理想绿色汽车,是未来汽车的发展方向。发展最早的是纯电动汽车,但其充电设施不完善,行驶(travel)里程受到限制,也存在废旧电池难以回收再利用和二次污染的问题,在此背景下,混合能源电动汽车应运而生。
2.混合能源电动汽车理念
混合能源电动汽车具有节能减排、保护环境、行驶里程不受限制和不改变基本的基础设施等优点,最主要的是目前技术已经基本成熟,被认为是当前电动汽车中最具有产业化和市场化前景的之一。其结构如1所示。
1混合能源电动汽车结构
3.1燃料电池+超级电容
燃料电池(Battery)是能够持续的通过发生在阴极和阳极的氧化(oxidation)还原反应将化学能转化为电能的一种能量转换装置。只要连续不断地向燃料电池内输入氧化剂和燃料,就能不断提供电能,这是它与常规电池的区别。其优点有以下几方面:
工作时间长:燃料电池具有连续工作时间长和能量转换效率高两种优势。
高效:它不通过热机过程,不受卡诺循环(continue)的限制,其能量转化效率在40-60%;如果实现热电联供,燃料的总利用率可高达80%以上。新能源汽车核心零部件的垄断,提升我国自主品牌汽车竞争力。
环境友好:以纯氢为燃料时。
燃料电池的化学反应物仅为水,二氧化碳的排放量大量减少,这对缓解温室效应起到重要作用。新能源汽车展涵盖了国际新能源汽车展,新能源公交客车,新能源物流车,新能源电池,新能源电机与电控系统,。
安静:燃料电池工作部件很少,工作时噪音低。
可靠性高:燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧(Oxygen)化物等几种类型的发展阶段,其运行非常可靠,可以作为不间断电源和各种应急(yìngjí)电源使用(use)。
燃料(fuel)电池启动时的反应速度不及内燃机引擎(Engine),若提高反应速度则必须保证它的稳定性。它还具有相对较软的输出特性,会导致效率(efficiency)下降,为解决(solve)此问题,需由燃料电池和有较硬输出特性的DC/DC变换器组成一个整体,负责对整车供电。为了解决电动汽车(battery electric vehicle)续驶里程与加速爬坡性能之间的矛盾(事物属性的对立),可以采用由主能源(解释:向自然界提供能量转化的物质)--燃料电池提高最佳的续驶里程,而由辅助能源--超级电容在加速和爬坡时提供短时的辅助动力。辅助能源系统的能量可以直接取自主能源,也可以在电动汽车刹车或下坡时回收可再生的动能。超级电容具有负载均衡作用,燃料电池的放电电流减少使电池的可利用能量、使用的时长得到显著提高。
3.2太阳能电池+蓄电池
太阳能是一种可再生的绿色能源。太阳能电池是符合可持续发展的一种节能环保电池。在车体上安装太阳能电池,主要目标是质量小,安全,受到空气阻力最小和太阳能吸收能量最大化。目前得到广泛应用的是晶硅电池和薄膜电池,其转换效率和成本潜力如表1所示。
表1 太阳能电池的转换(conversion)效率和成本潜力
考虑到天气变化和特殊情况的发生,蓄电池通常作为辅助能源和太阳能电池一起使用。太阳照射太阳能电池时,光能转换成电能驱动车辆行驶。剩余电量(diàn liàng)由蓄电池储存,以便太阳电池电量不足时由蓄电池驱动车辆行驶。当车辆制动时还可由蓄电池回收制动能量。
3.3混合能源驱动(Driver)模式
系统根据道路和天气情况(Condition)选择车辆的驱动模式:当控制系统检测(检查并测试)到蓄电池的SOC值较低时,进入燃料电池作为主能源的工作模式;在城市(CITY)道路低速行驶和蓄电池电量充足时,进入太阳能驱动模式;在电动汽车爬坡或加速时,及时利用其驱动系统,提供必要的辅助动力,进入混合驱动模式;当车辆制动时,驱动电动机给蓄电池充电,进入再生制动能量(energy)回收模式;当车辆静止时,进入蓄电池充电模式。
4.混合能源电动汽车的关键技术
混合能源电动汽车是几种电池的结合,由于混合能源电动汽车自身的特殊性,使得对汽车储能装置(zhuāng zhì)、电动变换装置、控制系统装置要求较高,不仅需要有较高的稳定性,而且要求经济高效。混合动力汽车需要解决的几个核心问题是:双向DC/DC变换器技术、电机驱动技术及能量(energy)管理技术等。
4.1双向DC/DC变换器技术
DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。DC/DC变换器内部一般具有PWM模块,E/A模块,比较器模块等几大功能模块。目前,大多数DC/DC变换器只能实现能量单向流动。然而,对于蓄电池和超容量电容器这种要求能量双向流动的器件,单向DC/DC变换器有很大的局限性,这就需要双向DC/DC变换器。
双向DC/DC变换器使整体电路简单化,非常方便的实现了能量的双向传输,与两个单向DC/DC变换器反向并联相比,有效率高、体积小、成本(Cost)低的优点。新能源公交客车您带来最新最全的新能源客车的车型、图片与报价信息,给您展现新能源客车的新闻,报道相关动态。
4.2电机驱动技术
电机驱动技术包括电动机技术、控制器和功率电子器件。电动机和控制器是提高混合能源电动汽车的行驶里程(mileage)、驱动性能和可靠性的保证。电动机要具有很宽的调速范围,在恒功率区低转矩时有很快的速度,以满足在平坦路面能高速行驶,在恒转矩区低速运行时有大转矩,以满足起动和爬坡要求。在混合能源电动汽车中,电动机的选型原则一般有以下几点:
高性能、低自重、小尺寸;
在较宽的转速范围内有较高的效率;
电磁辐射尽量小;
成本低。
目前,在混合能源电动汽车上采用的驱动电机主要有直流电机、永磁同步电机、开关磁阻电机和交流异步电机等。新能源汽车展涵盖了国际新能源汽车展,新能源公交客车,新能源物流车,新能源电池,新能源电机与电控系统,。这些电机的主要优缺点可如表2所示。
表2 混合能源电动汽车驱动电机比较
4.3能量管理技术
混合能源电动汽车的能量(energy)管理(guǎn lǐ)包括两个方面:整车的能量管理和蓄电池的能量管理。整车的能量管理中,混合能源电动汽车需具备能量管理系统(system),在车辆行驶过程中,系统能随时随地对车辆的能耗进行计算,并通过剩余能量将计算数据(data)显示出来,使驾驶人员清楚车辆的行驶里程,以便对如何行使做出正确的决定。对于电池的能量管理一般包括以下几个方面:
准确计算电池组SOC,SOC对整车的控制策略起到至关重要的作用;
对电池单体/模块的电压和温度的监控;
能对电池组进行热管理,包括需要时对电池组进行冷却或加热。
5.结语
众所周知,我国的石油资源极度匮乏,人均占有量仅是世界的1/10,在此背景下,我们必须节约能源,减缓汽车消耗资源的速率。混合能源电动汽车是适应时代变化的产物,这是其一。其二,汽车业是我们国家经济发展的一个重要的支柱。其三,快速发展的汽车业给环境保护带来很大的压力,不仅是废气的排放,其产生噪声都会对环境造成污染,发展混合能源电动汽车,可以减轻环境污染,为我们提供一个更好的生存环境做出贡献。

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