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Andrew B:插电式混动内使用超级电容对电池性能的影响

时间:2017-06-25 13:48 来源:网络整理 作者:采集侠 点击:

  2017年6月21日,由青海省、工信部、科技部、中国电动汽车百人会在青海西宁举办的”第十八届中国·青海绿色发展投资贸易洽谈会·锂产业国际高峰论坛“迎来了全球近800名嘉宾,中国客车网在青藏高原为您带来现场第一手资讯报道。

  我国动力电池产业正处在由技术追赶期向同步发展期过度的关键阶段,在国家相关政策支持下,需要进一步实现颠覆性的技术突破和协同创新。21日上午的主题论坛从全生命周期的角度,审视锂资源全产业链的发展。基于核心技术的突破,发展锂电产业,突出锂电产业绿色发展特色;培育中国、乃至世界级的锂资源、材料和动力电池公司,通过电池的技术突破和成本降低,支撑电动汽车的可持续发展。

Andrew B:插电式混动内使用超级电容对电池性能的影响

  来自美国加州大学戴维斯分校交通研究所的Andrew Burke做了一堂技术性演讲报告,他认为在插电式混合动力车辆里面,可以把超级电容器联合电池来进行使用,能够降低峰值电流,并且降低对电池的压力,即使是混合动力车型,也可以从中受益。现场实录如下:

  非常非常荣幸能够来到本次高峰论坛,我来中国很多次了,但是第一次来到青海省西宁市,来到这样大规模的一个国际高峰论坛上。今天我的演讲可能听起来有点像上课,或者分享的是锂离子电池和超级电容的应用,希望我的演讲让大家能够有兴趣。我演讲的主要内容,是希望通过评估插电式混合动力汽车内部使用超级电容对于电池性能的影响,包括之前也有讲者提到。

Andrew B:插电式混动内使用超级电容对电池性能的影响

  对于整个电池的性能、系统成本而言,如何通过超级电容器的引用,在插电式混合动力汽车内部的锂离子电池上使用,使用超电,对比一些比较长行驶里程的纯电动车相比,我们看一看他们的初始成本有什么样的变化。可能有不同类型的大大小小的电池,它的单位成本也是不一样的。

  这里是一个简单的回顾,对于不同类型的新能源汽车它所需要的电池以及对于电池的要求,包括HEV混动车,以普锐斯为例,使用的是内燃机,使用比较基础的电机50千瓦以及比较小的高功率的锂离子电池。而进入到纯电动汽车EV,比如说日产的聆风,使用的是比较大的电机,差不多是100—120千瓦。比较大型的电池大约25—60千瓦时,有的时候甚至会超过这个数字。而行驶里程大概100—250英里,转换成公里是乘以1.6。对于这个电池现在它已经是足够大,能够来支持这样的输出功率的要求,而对于插电式混合动力,PHEV雪佛兰的沃蓝达为例,和电池的体系之间是独立的,他有100—120千瓦的电机,现在纯的电动里程是20—50英里。考虑到它的内燃机的发动机和发电机来支持非纯电的里程,有的PHEV是平行式的布置,有的我建议使用串联式的电池布置。现在有很多提升,在电池布置或者说安排上面也有各种不同类型的选择。对于电池方面有什么要求呢?首先必须要满足电机功率的要求,必须要满足纯电里程的要求,我们渴望能够达到的纯电里程。作为电池本身必须要有深度放电,必须要有比较长的生命周期,最后非常重要一点,也是要有可靠的比较低的成本。对于插电而言,它比较大的挑战是小型化的电池、高功率、长寿命、低成本,而对于PHEV这样插电式的车,它的解决之道或者解决方案是能够把纯电动汽车的电池结合超级电容。对于EV的电池、电动车的电池,它已经发展到了非常成熟的阶段,而且它已经有很大的产能,因此它的成本上也是比较可靠的。

  这里列出了一款PHEV整个布置图(ppt),在这里有不同的AC的电机,DC/AC的逆变器,还有DC/DC转换器的左边有一个超级电容。有的时候人们会说,我们为什么没有办法使用超级电容呢?因为它有一个DC/DC转换器的存在,这是普锐斯动力总成的架构,他们在这里有两个DC/AC的逆变器,而且他们还有能力,能够把整个电池包,包括两个不同的电机,一个是作为发电机为高压电池充电,然后用高压电池反馈能量,这是超级电容器的系统。

  超级电容如何来支持这个电池呢?另外对于电池而言最优的工况,是他们能够提供一个平均的功率,而超电能够满足峰值放电脉冲的要求,特别是在加速的时候,这样一个峰值放电脉冲的要求,而且在再生制动的过程当中也能够满足充电脉冲的要求,也就是换句话说,对于电池的负荷水平引入超电是非常好用的。

  我在此呼吁的是,如何在电动汽车的能量电池当中结合HEV所谓的动力电池,今天上午也有很多的讲者,大家展示了很多数字和实例,大家有的提到180瓦时/公斤,在这里也列出了不同电池的能量密度,瓦时/公斤数。当我们不断的提高能量密度的时候,提高EV电池的能量密度的时候,它的功率能力可能赶不上整个能量密度的增长速度。另外还有第二种不同类型的电池,我们把它称作功率电池,所以前面提到的是能量电池,HEV的功率电池,它的能量密度可能要满足相应的需求要做出一些平衡。对于能量电池的能量密度还是属于非常高的,而动力电池的能量密度相应就没有那么高。动力电池的一个循环寿命也是比较短的,与高能量密度的能量电池相比。而且我们也是列出了美元每度电的成本,前者是比较低一点。

  而在这张(ppt)上我们也列出了两者重大的差异,包括能量密度,就是每瓦时/公斤数,以及美元/度数,以及整个电池容量按时上面的比较,也比较了功率,而在这个表上底部是一些新的,铬、镍、二氧化锰的电池,列出了两种,一个是强调能量密度,一个是强调功率密度,而且同样引入了倍增系数为2以后做了一个对比。

  当我们提到超级电容器的时候,它能够提供的是汽车加速时候的高脉冲,并且在做回收制动的时候也能够满足相应的要求,超级电容它的设计本身是用于不同的整车应用,尤其包括我前面提到,无论是充放电的过程当中,结合超级电容,能够让EV的电池发挥更大的作用,包括在这里能量密度内阻,同样列出了瓦时/公斤,能量密度,以及做了一系列的不同,超级电容器这些生产商之间的对比,他们的能量密度相较于我们前面提到的普通的HEV动力电池的功率都要高。但是这里的能量密度差不多是在5—10瓦时/公斤,这是一个60秒放电,在汽车上如果有机会要获得一个非常好的功率的时候,是需要在电池当中引入超电,这里通过一些具体的已经商业化可用的那些含超级电容的,这是一家公司3200法拉的电池,这是它的电池组有6个电芯,这个是比较高压的应用情况,48V的超级电容模块,同样它有18个3000法拉的单体组装组成。

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