盤點2019全球汽車前瞻技術-新能源篇(下)

博格華納研發扭矩控制雙離合器系統

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概要:博格華納公司為電動汽車研發了一種創新型扭矩控制系統,可以讓電動汽車只採用一個電機,而不是通常的兩臺電機。該解決方案經濟划算,設計緊湊,大大減少了所需的車輛空間以及系統重量。

創新:博格華納利用全輪驅動和耦合技術專業知識和產品,創造了扭矩控制雙離合器組件,該組件包括兩個離合器 - 一個內離合器,一個外離合器,可替代傳統電動傳動系統中的差速器。為了提升電動汽車的操控性和操縱性,博格華納的扭矩控制雙離合器組件可以獨立控制扭矩,將扭矩從後軸分配給左右車輪。該系統每個離合器的扭矩高達2600N·m,如果無需全輪驅動,可斷開後軸。隨後,車輛會在前輪驅動下運行,減少扭矩損失,增加電動汽車的續航里程。

精工株式會社研發第三代無線充電輪轂電機

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概要:由日本精工株式會社、東京大學前沿科學研究院藤本實驗室、普利司通、羅姆公司、東洋電機組成的研究小組成功研發並測試了第三代行駛中無線充電輪轂電機(W-IWM)。

創新:聯合研究小組研發了新款W-IWM裝置,可以讓輪式無線功率接收電路以及電動汽車的驅動裝置(由電機和逆變器組成)完全安裝在車輪內。聯合研究小組將第三代W-IWM的動態充電性能提升至20 kW/每輪。如果智能城市成為現實,道路上安裝了無線充電系統,即使只在交通信號燈處安裝了該系統,電動汽車司機就可以不再擔心充電的問題,極大地增加了便利性。

規劃:目標是在2025年讓該裝置進入驗證試驗階段,讓動態無線充電系統在真實世界中接收測試。

馬恆達獲多模態車頂太陽能系統專利

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概要:馬恆達公司獲得一項多模態太陽能系統專利,可以減少電池的電力負荷需求,支持車載空調,延長電池壽命,減少溫室氣體排放。

創新:該款太陽能電池板固定在車頂,而且不會影響到車輛的空氣動力學性能。該太陽能電池板可以讓電池一直處於充電狀態,減少了交流發電機的負載,節省了發電機運行所需的部分電力,減少了溫室氣體的排放。一款傳感器可幫系統的控制單元識別車輛運行模式、停車模式以及夜間模式。在車輛運行時,可以讓太陽能電池板為主電池進行充電。系統還安裝了次要電池,系統在白天時為該次要電池充電。當車輛處於停放狀態時,系統可以為車輛的次要電池充電。當電池充滿電後,該系統可為車輛的空調等冷卻或加熱部件提供動力。在晚上,車輛可以使用白天充好電的次要電池。

瑞典研究人員研發新技術將太陽能存儲數十年

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概要:瑞典哥德堡查爾姆斯理工大學的科學家們已找到太陽能存儲方法,而且可將太陽能存儲數十年,在需要時能以熱能的形式釋放。

創新:。此種創新方法包括一個能量捕獲分子、一個比傳統電池性能更優越的儲能系統(至少在加熱性能上),以及一種能夠應用於窗戶和紡織品的儲能層壓塗層。一個由碳、氫和氮組成的液體分子,是系統最開始運作的部分。當受到陽光照射時,該分子會吸收太陽的能量,並將其保存,直到催化劑觸發,才會釋放熱量。研究人員花了近10年的時間和250萬美元專門打造了一個儲能裝置,極其穩定,比市場鋰離子電池的壽命長5至10年。塗層可以收集太陽能並釋放出熱量,減少了加熱空間所需的電力,並可抑制碳排放。

推廣:該儲能裝置需要6年時間就可以實現商業化,而塗層需要3年。

美國能源部研發氫氣壓密技術 降低氫燃料車加氫成本

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概要:美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的員工研發出能夠降低加氫站加氫成本且提高加氫效率的技術。

創新:研究團隊的解決方法是研發“加壓”技術(pressure consolidation),通過向壓縮機提供高壓氫氣,提升壓縮機的加氫能力。該團隊的解決方案綜合考慮了壓縮機的基本工作原理以及典型加氫站每小時的加氫需求。該團隊的技術可以在氫燃料需求較低時,加強存儲氫氣容器中氫氣的壓力。當氫燃料需求回升時,壓縮機會接收到一股高壓氫氣,從而使壓縮機的氫氣供給能力保持在較高水平,提升加氫站的供氫能力,在需求高峰期也可維持較快的加氫速度。

規劃:可為加氫站運營商節省30%的設備成本,最大限度減少壓縮機的閒置時間,還能將管道拖車的燃料輸送效率最高提高20%以上。

科學家研發新陰極製備法 或讓鋰硫電池取代鋰離子電池

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概要:新加坡科技研究局納米生物實驗室(NBL)科學家研發出新方法制備下代鋰硫電池陰極,簡化鋰硫電池陰極耗時且複雜的生產。

創新:研究人員在添加硫之前,先構建了碳支架,得到一種3D互聯多孔納米材料。與傳統制備陰極的方法不同,該方法可以在電池充電時,防止碳支架坍塌。在電池充放電初期,傳統法制備的陰極碳支架會坍塌,從而導致整個電池結構的變化。最終,傳統陰極的密度變得更高、表面積更小、孔隙也更小,從而導致電池的性能低於NBL的電池。事實上, NBL的陰極比容量比傳統法制備而成的硫陰極高出48%,容量消褪率降低了26%。如果該陰極中添加了更多的硫,NBL的陰極的實用表面積容量高達4 mAh / cm2。

規劃:研究人員設計和優化陰極,以研發出完整的鋰硫電池系統。

美國科學家研發出廉價催化劑 可大規模分解水制氫

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概要:美國能源部SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學(的研究人員首次證明,有一種廉價的催化劑可以連續數小時分解水,併產生氫氣。

創新:該電解劑技術基於質子交換膜(PEM),首次在商業電解槽中展示出高性能。研究人員製造了一種由沉積在碳上的磷化鈷納米顆粒組成的催化劑,是一種黑色粉末。然後利用該催化劑替代了產氫那側電解質上的鉑催化劑。此種催化劑可以將其他化學物質聚集在一起,並促進它們發生反應。該磷化鈷催化劑在整個測試過程中(超過1700小時)都表現得非常好,表明其可以用於日常化學反應,即能夠在溫度、壓力和電流密度升高的極酸性條件下,長時間地工作。

前景:使用清潔能源處產氫,減少貴金屬的使用。

科學家研發新型柔性鋰離子電池

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概要:美國研究人員設計了一種柔性鋰離子電池,即使在極端條件下,都可正常工作,而且還不會著火。

創新:研究小組公佈了新型water-in-salt(WiS)和water-in-bisalt(WiBS)電解質,當與聚合物基質合併,可以消除鋰離子電池中易燃、有毒、高活性的溶劑。UV固化工藝以及在聚合物中集成WiBS可改善遊離水的滯留性,而滯留性將由該聚合物負責協調,從而可以提升其電化學穩定性。首次證明,目前市場上廣泛使用的低成本陽極納米級鈦酸鋰可用於水性聚合物鋰離子電池,能夠可靠地循環100多次。研究人員提高了GPE的機械強度和電化學穩定性,能夠將此種新型過飽和水凝膠聚合物電解質從概念驗證過渡至實際應用。

計劃:希望在一年內能夠將該新研究轉變成原型。

華威大學研究人員開發有機太陽能電池

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概要:英國華威大學(University of Warwick)的科學家們發現,在太陽能電池中,可利用有機分子混合物,吸收陽光並轉換成電能。

創新:在高性能有機太陽能電池中,電極和集光有機半導體層之間的界面處,設有額外的透明層。只要電極表面有1%的面積導電,就能充分發揮功效,挑戰了傳統觀念。在電極與捕光有機半導體層之間的界面處,可以使用一系列複合材料,如碳納米管、石墨烯碎片或金屬納米顆粒來改善器件性能和降低成本。有機太陽能電池不含毒元素,可在低溫下采用輥對輥式沉積(roll-to-roll deposition)加工。這種電池更具有環保性,不僅碳足跡極低,而且能源回收時間短。

前景:有機太陽能電池可安裝於輕質、可調色柔性基板,安裝在汽車車身等曲面上,非常輕巧,不佔空間。

液體鋰硫和鋰硒電池採用固體電解質

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概要:鄭州大學、清華大學和斯坦福大學的研究人員,聯手開發液體鋰硫和鋰硒電池系統(簡稱SELL-S和SELL-Se)。兩種電池採用固體電解質,能量密度有望超過500wh /kg和1000 wh /l。

創新:SELL-S和 SELL-Se電池中含有液態鋰金屬負極、帶炭黑的熔融S或Se正極、Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO)陶瓷管作為電解質,將正負極之間完全隔離開,電池運行在240度的環境。工作溫度高於鋰的熔點,可有效抑制多硫化物或多硒化物穿梭效應,限制鋰枝晶生長,從而提升能量密度,加快充放電能力,並提高庫侖效率及能效,進一步保持穩定性。在LLZTO管外的不鏽鋼圓柱形容器中,插入帶有炭黑導電添加劑的S(Se)正極(質量比S或Se:C= 9:1),通過LLZTO管與鋰負極進行物理和電子分離。熔融S和Se所需的導電碳只佔總電極重量的10%,固定負載最小。

普渡大學研發出銻納米鏈 增加電池容量/縮短充電時間

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概要:普渡大學的科學家和工程師們推出新方法,重新組合電極材料,從而延長電池壽命,使電池更穩定,並且縮短充電時間。

創新:該項研究創造了一種網狀結構,稱“納米鏈”(nanochain),由銻構成。研究小組採用的特殊還原劑 – 氨硼烷,在納米鏈內部創造空隙,從而允許一定的膨脹並防止電極失效。通過使用還原劑和成核劑,將小的銻顆粒連接成納米鍊形狀。研究人員將此類納米鏈電極與石墨電極進行比較,發現當配備納米鏈電極、硬幣大小的電池只充30分鐘電時,在100次充放電循環後,其鋰離子容量是配備石墨電極電池的兩倍。

規劃:該團隊計劃下一步將在軟包電池中進行測試。

研究人員提出硒錨定方法 提升燃料電池鉑催化劑耐久性

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概要:佐治亞理工學院研究人員開發出新型鉑基催化系統,比傳統系統更耐用,使用壽命更長,長遠來看可以降低燃料電池生產成本。

創新:研究人員開發一種錨定鉑顆粒的方法,利用硒元素將鉑顆粒固定至碳載體材料。在該工藝過程中,首先將硒納米球置於商用碳載體材料表面,然後,硒會在高溫下熔解,並均勻地覆蓋在碳表面。接著,硒與鉑的鹽前體反應,生成直徑小於2納米的鉑顆粒,再次均勻覆蓋碳表面。硒和鉑之間通過共價相互作用,形成緊密的連接,將鉑顆粒固定在碳上。因為鉑納米顆粒的表比面積增加,新催化系統的初始催化活性,要比當前最先進的商用鉑碳催化劑的原始價值高三倍半。接著,研究團隊通過加速耐久性試驗,測試催化系統。即便經過20000次電位掃描循環,新系統的催化活性,仍然是商用系統的三倍多。

特斯拉專利:液冷充電連接器

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概要:特斯拉近期申請一項液冷充電連接器專利,可用於超級充電站,避免高功率直流快充所產生的熱量。

創新:特斯拉在V3超級充電樁採用一種新型的液冷充電連接器,該煉器包含第一電插座和第二電插座,還包括第一套筒與第二套筒,第一套筒與第一電插座集中耦合,第二套筒與第二電插座集中耦合。一個歧管組件將第一電插座、第二電插座、第一套筒和第二套筒封入,以便第一和第二套筒與歧管組件之間能夠形成中空的內部空間。在歧管組件內部的入口導管、出口導管以及該中空內部空間可形成一個流體通道,以便冷卻液流過。

推廣與應用:目前尚未知該技術的應用情況,但特斯拉表示其新設計兩部分結構,可讓充電連接器佈線更搞笑,體積更小。

首款碳中和鋰-二氧化碳電池能量密度超鋰電池7倍

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概要:美國伊利諾伊大學芝加哥分校研究人員已成功測試鋰-二氧化碳電池原型,可連續充放電500次。

創新:研究人員在二氧化碳實驗電池中採用新材料,以促進在充電過程中能夠將碳酸鋰和碳進行循環再利用,其採用二硫化鉬作為陰極催化劑,與混合電解質結合,生產出一個單一的多成分複合產品,而不是一個單獨的產品,從而使得循環再利用的過程更加高效。此外,與常用的鋰電子電池相比,該電池能量密度較前者高7倍以上,並循環壽命更長,可用於V2G技術等先進的儲能系統,以平衡電力需求。

推廣與應用:目前該技術尚處於實驗室階段。

Sono Motors太陽能電動汽車

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概要:德國初創公司Sono Motors發佈太陽能電動汽車Sion,可利用太陽能自主充電,並通過智能系統,監控車內太陽能變化和消耗情況。

創新:Sion車體表面採用全集成太陽能電池板,248塊太陽能板與車體結合,覆蓋範圍包括引擎蓋、擋泥板、側面、車頂和車後面等,電池板外覆有防刮聚合物保護層。單純利用太陽能為電池充電,每天可增加34公里的續航里程,能夠實現短距離供給,在多雲或陰暗環境下,也能產生高達1.2kW的峰值能量。在快速充電站,充電80%通常需要30分鐘。Sino液冷電池的容量為35kWh,充一次電可以行駛250公里。此外,該車內置依蘭苔蘚植物條,作為天然空氣過濾系統並調節溼度,通過靜電吸引,過濾20%的空氣微粒。

推廣與應用:該太陽能力電動汽車預計將於2020年下半年開始量產。

Altair引入Sendyne電池系統仿真軟件

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概要:近期, Sendyne將加入Altair合作伙伴聯盟,為其提供CellMod虛擬電池。

創新:CellMod是第一款能夠預測電池和電池組行為的鋰離子虛擬電池,在不同測試條件下,其準確度超過97%。CellMod利用複雜的電化學模型,被封裝成功能模擬單元,通過開放的工業標準功能模擬接口,集成到大多數主要模擬包中。CellMod FMU接收電流、環境溫度和時間步長等輸入信號,並輸出電壓、電池內部溫度、表面溫度、系統芯片和其他電池內部狀態變量。此外,CellMod可以模擬老化電池的行為,並且可以縮放,通過Sendyne的FMU BasicPackMod,進行電池並行和串行組合。與EC模型不同,CellMod顯示電池內部發生的物理過程,包括固體內部擴散、電解質溶液中的擴散、反應動力、電荷傳輸、熱傳輸等。因此,CellMod可以對電池的行為進行高精度預測。

德爾福推800V碳化硅逆變器,可縮短一半充電時間

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概要:德爾福科技將800V碳化硅(SiC)逆變器投入商業化量產中,該逆變器可讓整車電子系統電壓高達800V,從而縮短充電時間。

創新:該技術支持多電壓平臺,其採用碳化硅MOSFET半導體(金屬氧化物半導體場效應晶體管),即基於硅碳棒的金屬氧化物半導體場效應晶體管寬隙技術。該逆變器已獲得專利技術,與競品相比,質量輕40%,緊湊性提升30%,Viper電源開關採用SiC,可滿足更高溫度下的工作。此外,Viper電源開關與當前硅開關一樣,封裝相同的逆變器,降低了因技術改變而增加的工程成本,簡化了多種車輛功能設計。新型逆變器在高壓狀態工作,可使車輛獲得更大動力,延遲續航里程。

前景:據悉,目前德爾福已獲得OEM 27億美元訂單,預計將在8年內量產該技術。該產品預計2022年正式推出,其將率先用於高性能車型。

蘋果專利為汽車配備機器人自動給汽車充電

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概要:蘋果“泰坦”項目包括電動車設計,其推出瞭解決電動汽車充電問題的專利。

創新:該專利設計避免用戶在充電結束後,忘記拔下充電線從而導致充電線損壞的情況發生。蘋果將一個設備放置在地板上,其一旦被激活,便可移動,類似機器人。該機器人到底特定位置後,可通過安裝在車輛底部的接收器給汽車充電,若斷開充電,其能夠自動收回。其次,該設備設有拖纜,具備配置障礙物探測系統,以計算達到充電端口的最佳路徑。此外,蘋果採用光探測器和發射器、攝像頭、磁傳感器以及無線電,幫助該設備定位。

推廣與應用:該專利技術不僅用於汽車,還可用於其他領域,如為工業提供移動機械充電。

UCLA研發熱電發電機,可為電動汽車供電

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概要:美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)研發原型設備,與太陽能電池板工作原理相反,其可從寒冷的夜空中收集能力。

創新:該設備的工作遵循熱電原理,即通過兩個表面的溫差而產生電流,最終該設備能夠成為汽車排氣管熱電轉換裝置,為汽車電池充電。此外,該熱電裝置利用輻射冷卻(radiative cooling),地球表面所吸收的太陽熱能到了夜晚向天空發射出長波輻射,如果夜間天氣清朗、微風及乾燥的情況下,地表的溫度會快速冷卻,即“輻射冷卻效應”。為此,研究人員將該裝置外殼設置為鍍鋁的聚酯薄膜,通過利用鋁盤和周圍空氣之間的溫度發電,併產生足夠的能力。

推廣與應用:經過測試驗證,該發電機每平方米可產生25豪瓦的電能,未來研究人員計劃將電能提升至每平方0.5瓦。

BWT用膜電極技術 生產甲醇燃料電池系統

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概要:甲醇燃料電池系統開發商BWT收購丹麥電力系統公司15%股份,將在甲醇燃料電池系統中用該公司技術。後者為高溫聚合物電解質膜燃料電池(HT PEM fuel cell)開發和製造膜電極組件(MEA)。

創新:Blue World系統包括燃料電池堆、甲醇轉化裝置、熱交換器、動力轉換裝置、動力和運行控制器及平衡裝置,核心組件是HT PEM燃料電池堆和甲醇轉化裝置。HT PEM技術的工作溫度為160-180°C,對轉化氣體中的雜質具有很高的抵抗力,因此可以與燃料轉化器結合使用,不需要昂貴和繁瑣的清潔技術,就能實現簡單有效的系統設計。

甲醇轉化裝置將甲醇和水的混合物轉化為富氫氣體,在進行重整之前,通過蒸發將燃料從液體變成氣體。而在HT PEM電池中,系統內的餘熱足以驅動這一過程,提升整體效率。在轉化器內發生的基本化學過程為:CH3OH + H2O→CO2 + 3h2,產生的氫在燃料電池內用於發電

ZapGo推出碳離子電池,充電速度可提升100倍

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概要:ZapGo公司基於專有碳離子(C-Ion)平臺技術打造新型電池,有望在五分鐘內為電動汽車充滿電。

創新:ZapGo公司研發的固態碳離子電池不含鋰和鈷,從而實現了較低的成本以及較高的安全性。該電池只使用高級形態的碳以及新型離子電解質,內部不含有任何可燃物,而離子電解質可以起到滅火劑的作用。此外,該電池內部的高級材料在電池壽命結束之後也可以被回收再利用。此外,該碳離子電池可被封裝到汽車的底盤和麵板等結構部件中。

推廣與應用:ZapGo公司已在自動駕駛汽車上展示了該項技術,充電僅需35秒,與現有電動汽車的充電速度相比,快了100倍。

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來源:蓋世汽車網


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