赶时间?新型电池充电系统有望加快插电式混合动力汽车的周转时间

橡树岭国家实验室的研究人员已经开发出一种快速充电原型驱动系统。但这项技术是否超前于时代?


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当插电式混合动力汽车 (PHEV) 在今年晚些时候开始上路时,大多数驾驶员在不驾驶时会插入普通的 110 伏插座,以便涓流充电来恢复汽车电池的寿命。这是否是一个可行的模式是一个悬而未决的问题,一些消费者担心涓流充电可能不够快,无法在两次行程之间充分地为电池充电。在没有充电电池的情况下,PHEV 依赖于其内燃机,这正是混合动力汽车驾驶员想要避免的。

为了解决这个问题,美国能源部田纳西州橡树岭国家实验室 (ORNL) 的一个研究团队开发了一种原型系统,他们表示该系统可以将从家用电源插座充满电所需的时间缩短 10 倍——从大约 8 小时缩短到大约 45 分钟。好消息是,驾驶员将能够使用提供 240 或 220 伏电压的插座来获得这种快速充电水平。这种适应更高电压和电流的能力意味着电池可以以大约 20 千瓦的功率充电,而不是 110 伏插座可能提供的 2 千瓦。坏消息是,驾驶员必须升级他们的家庭电气系统以适应 240 伏或 220 伏的插座,如果他们还没有插座来运行干衣机或其他电器的话。

插电式混合动力汽车使用牵引驱动电力电子系统,通过向汽车的车轮提供动力来推动汽车前进,并且有一个充电器,用于在插入电网时为高压电池充电。牵引驱动系统通常由一个升压转换器(当电子电路需要比电池单独提供的更高的工作电压时,该转换器会升高电压)、两个逆变器(将直流 (DC) 电压转换为交流 (AC))和提供动力的电动机组成 (pdf)

ORNL 的原型驱动系统具有相同的组件,但使用逆变器从插座为电池充电,从而无需单独的充电器,并使汽车能够更快、更高效地充电,ORNL 电力电子和电机研究中心的高级研究工程师 Gui-Jia Su 说。Su 表示,尽管大多数 PHEV 中的独立车载电池充电器对于慢速充电(2 千瓦)仅需 300 美元左右,但 ORNL 的技术还能够取代快速充电的 20 千瓦充电器,而这些充电器的成本可能高达数千美元。

新系统还旨在允许 PHEV 将其电池用作储能设备,使汽车能够在电网有剩余电力时(例如在非高峰时段)将电能存储在电池中,并在电网需要更多电力以满足高峰需求时将其剩余能量回馈给电网,Su 说。

加州大学戴维斯分校机械和航空工程教授 安德鲁·弗兰克 说,ORNL 建议使用逆变器为电池充电,而不是使用单独的车载充电器。这个想法是使用逆变器控制器为电池充电。他承认,这样的系统也可以用来从汽车获取能量,并用它来为房屋供电或将其返回电网。

但是,ORNL 技术的市场很难打入。AC Propulsion 是一家位于加利福尼亚州圣迪马斯的电动汽车驱动系统制造商,在与 特斯拉汽车 合作时发现了这一点。这家电动汽车制造商最初获得了 AC Propulsion 的驱动系统设计和还原充电专利的许可 ,但后来开发了自己的这些技术的版本。弗兰克说,主要的汽车制造商可能会采取相同的路线,开发自己的技术。

尽管 ORNL 提出的系统将允许 PHEV 制造商省略他们目前安装在汽车上的车载充电器,但第一代 PHEV 并不适合高速充电,弗兰克说,他也是 Efficient Drivetrains, Inc. 的创始人,这是一家加州大学戴维斯分校的初创公司,为电动汽车和混合动力汽车设计能量管理系统。“快速充电的问题之一是,你用于为电池充电的功率越大,充电系统的效率就越低,并且会浪费大量功率,”他说。“出于这个原因,你真的想为 PHEV 使用涓流充电系统,否则你就是在浪费电力,更不用说浪费金钱了。”

ORNL 的技术可能对纯电动汽车(例如即将推出的 日产 Leaf福特 Focus RV)产生更大的影响,它们没有内燃机可以依赖,这意味着耗尽的电池需要快速充电才能使汽车实用。

能源部喜欢这项技术的潜力,自 2008 年以来已向 ORNL 的项目投资了 130 多万美元。现在,研究人员正在寻求将其驱动系统授权给一家可以将其商业化的公司。Su 说,包括 Raser Technologies(驱动系统制造商)和 MBtech(为汽车行业提供工程和咨询服务)在内的多家公司对该系统表示了兴趣,尽管他们尚未讨论该技术如何融入这些公司现有产品的细节。

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