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[其他] 超级电容集成优化混合动力公交车动力总成

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发表于 2016-1-14 07:22:34 | 显示全部楼层 |阅读模式

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副标题#e#                                天然资源的枯竭、空气污染、交通堵塞和矿物燃料价格的上涨等等问题,迫使社会和个人寻求替代运输工具。这当中就有用于公交车和卡车的混合电力、氢气和基于燃料电池的动力系统,例如ISE(San Diego, CA)从1996年以来所生产的那些。
        这些动力系统在整个汽车工业之所以受到欢迎,是因为它们提高了燃油效率,降低了有害排放。ISE公司专长于生产串联混合电力动力系统,其中的引擎完全与动力传动系统脱离,且仅仅被用于产生电力。

混合动力公交车

混合动力公交车

        该类型混合架构对于执行大量“停走”驱动的大型车辆特别有吸引力,如市内运输公交车和货运卡车。传统的公交车和卡车的效率很低,产生高度有害的排放,因为它们硕大的引擎(通常是柴油机)持续不断地给车辆加速和减速--这是一种效率最低的产生动力的方式。

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sp;  在ISE的串联混合系统中,较小的引擎与发电机紧密配合,在恒定、有效的速度和功率输出级上工作。当车辆动力暂时需要增加的时候,如加速期间或爬山时,要从车上由电池和组成的能量储存系统吸取电力。当车辆的动力需求较低时,该能量储存系统被充电。这样不仅仅能量效率增加了,而且车辆能够通过再生制动(regenerative braking)在它减速时重新回收(加速时付出的)能量。        面临的问题
        ISE的混合电动车(HEV)技术的目标是利用燃料驱动引擎、电力电机驱动和能量储存组件的最佳特性。他们的混合架构设计采用了担当主动力源的内燃机,以及一个担当二次动力源的、具有电力储存系统的电机。设计工程师能够将内燃机的规格设计为满足巡航动力的要求,因为二次动力源要满足加速对峰值动力需求。此外,再生制动能量被二次动力系统所捕获。该能量被用于进一步的加速或满足附属电器系统的基本能量需求。
       存在的缺点
        仅仅采用电池提供电力储存的标准设计存在缺陷。这些不足之处很多,它们给汽车设计工程师带来了许多设计挑战。首先,电池要在低温正常工作存在困难;其次,电池需要非常复杂精密的电荷均衡管理技术;第三,电池在极端条件下的寿命大为缩短,从而导致贯穿车辆生命期内高昂的换电池成本。
        由于要购买和安装新电池,旧电池就不得不拆除并处置掉。除非制造商已有电池回收设施,否则电池的处置可能成为问题。所有这些问题都增加了基于电池的系统的成本,更不用说车辆停工期造成的损失。
        或许最重要的是:电池捕获和再生能量、或短持续时间事件(诸如加速和刹车)期间提供突发大功率的能力有限。这种高功率局限性降低了混合电力动力系统设计的效率。因为大多数城市公交车都工作在不变的制动-加速模式,捕获和再生刹车能量的能力就成为了ISE设计的中心。
        在实现高效率公交车和卡车系统设计目标的征程中,电池限制因素是ISE工程师面临的严峻挑战,他们要在克服传统的低效率问题的同时,提供满足人们期望的牢靠、全天侯、走走停停的运输能力。为了给市场带来真实的可选替代方案,ISE需要设计一种电力和储存系统,以克服混合电力电池及传统卡车和公交车的局限性。
                        #p#副标题#e#        解决方案
        为了寻求解决方案,ISE要求Maxwell Technologies帮助开发解决方案。紧凑、高性能、长寿命的超级电容器实现了许多电池的功能,但是可靠性更高、储存功能更先进、整体性能更佳。超级电容补足了电池的性能或完全替代电池。
        与电池动力相比,Maxwell的超级电容(BOOSTCA P)提供的好处包括:

    * 低温性能:容许在零下40度工作;而电池在零度以下未经加热就不能可靠工作。
    * 安全性:对于公交运输车,超级电容是一种安全的解决方案,作为一个包,一夜之间就可以放电完毕。
    * 寿命长:超级电容本质上寿命与它们所装入的设备一样长,低维护需求节省了成本。
    * 效率高:效率高达85-95%,而电池在类似应用中只有70%甚至更低(ISE测量的结果)。
    * 环保:超级电容环保,因为它们除了重金属70%可以再生利用。
    * 输出功率大:电源输出是电池的10倍,在车辆加速时这是一个特别重要的属性。
    * 架构好:超级电容能够有效地捕获一种刹车的能量,并将其储存以满足下一次加速对能量的需求。

Thunderpack II

Thunderpack II

        下表是ISE开发的专用、加热电池解决方案(Z EBRA)及其专有的Thunderpack II(上图)超级电容解决方案的比较。

        两种方案的最佳之处

        从该表格可以清楚地看到,电池具有高能量的能力,而超级电容具有高功率的能力。在优化的混合储存系统中,两技术的结合最大限度地发挥了两者的优势。
        ISE公司新业务经理Tom Bartley说:“由于其优异的功率特性,超级电容就是ISE动力系统设计的实质。超级电容提高了性能、可靠性和车载能量储存装置的耐久力,公交车配备它之后,对加速环保运输工具的社会影响和生存发展有着重要的作用。”
        本文小结
        自从2003年实现成功测试以来,ISE已经将Maxwell的超级电容整合到汽油、柴油和燃料电池车之中。特别需要说明的是,自从开发 Thundercap II超级电容系统,ISE已经将其动力系统引入到汽-电混合动力车、柴-电混合动力车、氢-电混合动力车和燃料电池混合动力车的设计之中。清洁运行、安静、低维护要求的车辆已经走上了一些美国的城市,包括Long Beach和Sacramento CA。ISE已经与西门子及Flyer公司结成伙伴关系,共同生产这些混合动力车。
        Bartley补充说,去年已经有102辆混合动力车投入使用,今年还要增加60辆,预计2007年将交付使用100到200台。目前,在ISE的混合动力和燃料电池公交车上,有3万多超级电容器在工作,提供超过7500万法拉的电力驱动和再生刹车功率。早在2006年初,Bartley就估计超级电容供电的公交车队已经提供了超过200万英里的清洁、可靠的服务,为我们的星球提供了清洁的运输服务。
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