鄭俊生:48V汽車啟動電源及混合型鋰離子超級電容器

時間:2015-12-30 15:02來源:中國電池聯(lián)盟 作者:西顧
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        這個題目是我和鄭劍平教授一起做的,48V的啟停系統(tǒng)要求非?量,今天上午白博士也介紹了汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展。我們汽車行業(yè)從目前來講產(chǎn)銷量連續(xù)七年世界第一,包括汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值超過GDP10%,雇傭了10%以上的勞動力。但是大家的腰桿不硬,包括很多問題,自主品牌的問題,能源的問題,因為我國能源結(jié)構(gòu)比較特殊,少油的國家。因為汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展,我們石油依存度50%,問題非常嚴重。
 
         另外是環(huán)境的問題,前幾天北京、上海霧霾都非常嚴重,我自己一直是不戴口罩,上次也拿起了口罩。三分之一城市污染來自于汽車行業(yè),所以說怎么樣讓汽車行業(yè)從能源和環(huán)境問題解脫出來,我們國家做了很多工作。包括我們國家有新能源汽車研發(fā)戰(zhàn)略,十幾年前就提出來了,包括我們有三縱三橫的戰(zhàn)略,我自己做電池十多年了,如果真正走向市場要有比較長的路。
 
         在可預(yù)見的將來,新能源汽車在路上,包括純電動汽車這段時間是火爆的,但是每個月的銷售是幾萬輛,但是每年汽車產(chǎn)銷量是兩千多萬。但是國家的法規(guī)變的極為苛刻,馬上實施的乘用車平均燃油耗能核算辦法是5升,所以說我們要找到這個問題方法。預(yù)測來算通過回收汽車在減速剎車時候的能量,用于汽車怠速或者交叉口啟動的能量,減少20%的排放,節(jié)能15%的目的,如果能夠達到這個目的,整個行業(yè)我們也是可以接受的。
 
         這個系統(tǒng)大家都很熟悉,具體怎么操作的呢?在紅燈的時候傳統(tǒng)汽車還在工作著,這個時候發(fā)動機轉(zhuǎn)速很低,在低的轉(zhuǎn)速情況下能耗排放卻是很大的,如果說把汽車的發(fā)動機關(guān)掉,綠燈的時候通過啟停系統(tǒng)把車啟動,減少能量排放。
 
         在五年以前啟停系統(tǒng)成為汽車行業(yè)研究的熱點,特別是在日本和歐洲。2011年的時候奧迪、寶馬、保時捷、戴姆勒說會采用48V的系統(tǒng),2012年的時候在寶馬七系采用了48V系統(tǒng),可以根據(jù)客戶的需求關(guān)掉和開啟,現(xiàn)在國內(nèi)比亞迪也做了很好的工作。
 
          這是馬自達用的超級電容器的啟動系統(tǒng),但是回收的能量并沒有用在啟動,主要用來汽車的電子儀表和大燈,通過他們的計算,可以降低10%的能耗。三菱這個車是根據(jù)很小的一個發(fā)動機,1.1的排量安全可以達到2.2的承重車。事實上我們啟停系統(tǒng)有一個新優(yōu)勢,但是這是非常重要的。但是對啟停來說,我們不僅要考慮能量好,還要考慮功率密度,對功率和系統(tǒng)密度要求非常高,整個系統(tǒng)包括電極和電纜、控制系統(tǒng)。
 
          這里我列了美國先進電池聯(lián)盟對48V電池的需求,包括循環(huán)壽命15萬次,最大工作壓力是90。它的功率和能量都達到這個要求,電容器有很嘎的功率特性,可以達到功率和壽命的要求,能量仍然滿足不了啟停系統(tǒng)的要求。
 
          回過頭看一下電容器和電池的產(chǎn)品,對電池來說我們可以想象它像很大的容量,這是它的輸出推動,規(guī)律性很差。電容器正好相反,超級電容器是雙向的結(jié)構(gòu),很大部分會提高電容器的能量密度,包括很多人報道的非常高的幾十瓦斯能量密度。如果你光關(guān)注這些是沒有問題的,但是我們不僅是電極材料,我們把電解質(zhì)也認為是儲存的部分,這種情況下可以計算出來,對傳統(tǒng)來說超級電容器的能量密度即使在充放電過程中的很難程度。但是在這種情況下,鉛酸電池和鎳氫可以和電動車混合,提高能量密度,為什么電池和電動混合就非常困難呢?對鋰電池來講用鈷酸鋰或者錳算鋰,但是超級電容器的電源是2.7V,如果在這種情況下我們和他們進行混合就會遇到一個問題。
 
          如果在3V以上操作的話,電容器就壞掉了。低于2.7V操作的話,我們用不到鋰電池平臺,根本達不到混合目的。在這種情況下,無法達到我們希望的提高它的能量密度和功率密度的想法。鄭教授發(fā)明了離子超級電容器,通過獨特的設(shè)計,把電容器的電量提高到4.2V,這種情況下我們就可以實現(xiàn)混合了。我們拿到了美國的一項技術(shù),下一步就可以授權(quán)了。中間這個是我們混合型電容器,邊上是鋰電池的,我們可以實現(xiàn)電壓的評審。
 
          我們發(fā)現(xiàn)在低的輸出的時候,我們能量密度是要遠遠高于電容器,但是要低于鋰電池。在高的規(guī)律輸出的時候,我們能量密度要高于鋰離子超級電容器。我們混合型超級電容器可以應(yīng)用在鋰離子電池和超級電容器沒法好好工作的區(qū)域,在相對比較高的能量密度和很高的功率密度。我們可以做的更高,但是就會一定程度上犧牲功率密度。大概是兩千個小時測試了一下,后面可能還需要繼續(xù)去測試。
 
          我們可以看到汽車啟停系統(tǒng)在一定程度上達到節(jié)能減排的目的,可以減少20%的能耗,減少15%的排放。但是要求的特別苛刻,無法滿足要求。同時在這個基礎(chǔ)上開發(fā)了混合型的電源,可以實現(xiàn)能量和功率密度統(tǒng)一,目前可以滿足汽車啟停系統(tǒng)對電源的要求。
 
          同時,這種新型電源系統(tǒng)可用于鋰離子電池和電容器無法勝任的產(chǎn)所。
 
 
 

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