超级电容在混合动力汽车中的使用

冒着看起来很明显的风险，在经过30年永往直前的发展之后，汽车行业终于想要寻找提高燃油经济性的途径了——他们就是没有做好这方面的工作。 一方面，市场推出的电动汽车(EV)倾向于只销售给相对富裕的人。例如，日产Leaf的购买者的中值收入为16.5万美元。插电式混合动力汽车(PHEV)也是这样——雪佛兰Volt的购买者的中值收入是19.5万美元。这两种汽车都能最大化在可变成本上花费的每一分钱，但需要承担巨大的固定成本。事实上，购买这些汽车的成本是如此之高，以致于他们也需要政府和/或制造商的补贴，而且驾驶这些汽车的“1%人士”可以在汽油上节省不少费用。 另一方面，市场上也有相对便宜的弱混合动力汽车，它们采用的空闲启停系统(ISS)可以让你节省2%或3%的燃油。在北美地区，集成ISS的汽车通常很少，少数拥有这种系统的车主也经常关闭ISS。即使开启了ISS，出厂安装的电池也会很快供应不上电量，在这种情况下汽车自己会关闭ISS。这还没有考虑一直关闭ISS的情况，比如致热或空调打开或气温低于35℉/2℃时，因为电池只有有限的工作温度范围。 许多ISS问题可以用更好的能量存储技术解决，但汽车制造商认为普通消费者不会出于只是节省汽油的目的而在汽车上花更多的钱。不过这不是本文要讨论的内容。本文要讨论的是汽车制造商在混合动力汽车产品线方面在做什么或不在做什么。 在混合动力汽车(HEV)市场中有两个大类：轻混合和强混合。你也许了解强混合汽车，比如丰田的Prius、福特的Fusion以及这些制造商生产的其它型号，还有在美国销售汽车的几乎每家制造商推出的型号。强混合和轻混合之间的差别通常表现在能量存储系统(ESS)的大小以及因此在仅电动模式下巡航距离的长短。 轻混合动力汽车在仅电动模式下的行驶距离很短，目前市场上型号也不多。不过轻混合动力汽车通常兼具弱混合动力汽车的特点，而且性能更好，因为它们具有更大的能量存储系统，能够发挥最大的潜力改善相对于成本的实际燃油经济性。这些系统一般要求不同的传动或改进的传动系统，能够让电力驱动与另外的标准内燃发动机并行工作。从原理上讲，这种系统需要电力驱动、用于驱动的控制电路以及能量存储三个部分。 转到下一页 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 市场上的液压模拟系统经过了近十年的测试，在中型至重型商用卡车市场占主导地位。Parker Hannifin公司发起的试验项目表明，5-8级范围内的UPS供应与垃圾收集卡车的实际燃油经济性可以改善达50%。十年来叉车公司也成功实现了电子再生能量的捕获，并声称最新系统可以使用传统铅酸存储系统将运行时间增加多达30%，即使作为能量恢复一部分的液压系统损耗可能高达50%。 一些公司已经开始提供测试车辆或可供2-8级卡车使用的电子轻混合动力配件系统系列产品。这些系统的工作几乎完全独立于基本驱动系统，因此在不太可能发生的故障事件中车辆操作不会受到影响。电子轻混合动力系统通常比液压系统更简单、更高效也更可靠。它们还能更加透明，因为它们具有很高的调整精度，并具有软件可控的灵活性。另外，电子轻混合系统通常很容易根据能量存储和/或驱动功率级别做出灵活调整，从而适合不同级别的汽车和种类广泛的应用。 正确应用轻混合动力系统可以得到所有混合动力系统中最大的投资回报。弱混合系统相对比较昂贵，燃油经济性提升幅度比较有限。而强或先进(PHEV和EV)混合动力系统具有最大的集成成本，与轻混合动力系统相比在燃油经济性方面只提供有条件的提升。轻混合动力系统不仅燃油经济性好，而且效率最高，能够使用最小的代价得到最大的好处。良好设计和正确应用的轻混合动力系统可以向原始设备制造商(OEM)提供满足管理当局制订的严格的美国公司平均燃油经济性(CAFé)法规要求的最好机会，并且对成本的影响最小。

1200F、2.7V(1.22Wh)超级电容，它的直径为60mm，等效串联电阻(ESR)为0.3mΩ。
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转到下一页 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 目前市场上所有轻混合动力汽车都使用传统电池技术，如铅酸、镍氢和锂离子电池。不过韦恩州立大学教授Dennis Corrigan在他的2013 SAE论文中指出，这些技术很难匹配实际应用。这意味着你在开车时在为未用到的电池容量买单。实际上，为了满足轻混合动力汽车的电源要求，必须使用明显更多的存储能量。与超级电容相比，电池技术存在着充放电损耗、较低功率密度、较高温度敏感性和更低往复效率的缺点。此外，超级电容的能量和功率密度经过优化可以匹配轻混合动力应用。因此，工程师转而采用超级电容技术来改善系统特性，它不仅能极大地增加寿命和性能，而且能减小体积和重量，从而实现更高效的汽车产品。 美国国家可再生能源实验室对Saturn Vue混合动力汽车的测试表明，较小的大功率能量存储在短期性能测试中表现也不错。即使没有调整系统以便充分发挥超级电容的差异化特性，提供35瓦时能量存储的超级电容在功能上也可完全代替超过300瓦时的镍氢电池，而且重量可以减轻10公斤，燃油经济性和性能还有少许提升。超级电容的使用还能改善能量存储系统的循环性能、可靠性和寿命。

业界预测2017年基于超级电容的系统成本将低于目前最好的解决方案(双路吸附式玻璃纤维(2xAGM电池)，比传统的双路启动-照明-点火(2xSLI)解决方案仅贵20%左右。
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随着全球政府不断补贴锂离子技术的开发；致力于推动可负担技术不切实际的巨大跨越；汽车工程师集中精力修改方法以满足这些方面的要求——显然最好的答案被忽视了。基于超级电容的轻混合动力系统可以通过简单可靠的整合满足今天和未来的燃油经济性要求。 原文作者：Bryce Gregory 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载