通过减速能量提高汽车燃效,利用新一代蓄电装置提高效率(上)

2012-12-26 19:25:21来源: 日经汽车技术

    在汽车领域,将锂离子充电电池和双电层电容器等新一代蓄电装置用于减速能量再生的做法越来越多。通过只在减速时用发电机发电,可以减轻发动机的负担,将燃效提高5~10%。由于成本比混合动力系统低,预计将在大量生产的车型中普及,该技术还有望降低蓄电装置的成本。

    为提高汽车的燃效,积极利用减速动能的动向日益明显(图1)。比如,铃木在2012年9月上市的新款“Wagon R”中配备了采用锂离子充电电池的车辆减速能量再生系统“ENE-CHARGE”;马自达在11月上市的新款“ATENZA”中配备了采用双电层电容器的减速能量再生系统“i-ELOOP”;2012年8月进行了部分改良的日产汽车“赛瑞纳”也采用两个铅蓄电池,配备了将发电机再生的减速能量除发电外还用于辅助驱动力的“S-HYBRID”功能。

 
图1:配备减速能量再生专用蓄电装置的最新车型
(a)铃木的“Wagon R”,(b)马自达的“ATENZA”,(c)日产汽车的“赛瑞纳”

    此前,混合动力车也一直在推进再生能源的利用,但普通发动机车中用来存储再生能量的充电电池的容量有限,因此利用受到限制。而最近上市的新款车除了铅蓄电池外还配备了再生能量专用蓄电装置,能比以往存储更多的再生能量。不过,三家公司对采用哪种蓄电装置的意见截然不同。那么三家的策略究竟有哪些不同呢?

轻型乘用车采用锂离子充电电池

    铃木的ENE-CHARGE作为对成本限制严格的轻型乘用车,采用了锂离子充电电池这种新一代充电电池,受到了广泛关注。

    新款Wagon R除了标配怠速停止机构并减轻了车重外,还通过改良发动机和CVT(无级变速箱)等,将JC08模式燃效由原来的21km/L提高至28.8km/L(在两轮驱动的同等级别中进行比较),提高了37%。与原车型中带怠速停止机构的车型(22.8km/L)相比,也提高了约26%。据介绍,其中约5个百分点是ENE-CHARGE带来的效果。

    ENE-CHARGE的作用是,通过在车辆减速、停止供应燃料时利用发电机集中发电,来最大限度降低普通行驶时的发电量,以减轻发动机的负担,提高燃效。ENE-CHARGE采用东芝的锂离子充电电池“SCiB”作为蓄电装置(图2)。


图2:Wagon R配备的锂离子充电电池
东芝制造的“SCiB”。串联了5个2.4V的单元。

    铃木之所以采用锂离子充电电池,是因为铅蓄电池可容纳的充电电流能量不够大。此次,铃木计划通过ENE-CHARGE实现“在JC08模式下行驶时不使用燃料发电”(铃木电动汽车设计部第一课股长片冈准)。

    具体目标是,在JC08模式下行驶时,使怠速停止机构、燃料泵、燃料喷射装置等控制装置以及怠速停止后向CVT(无级变速箱)供给油压的电动油泵等消耗的电力,全部通过JC08模式减速时所发的电力来供给。这些电力约为150kJ,只在减速时这一非常短的时间,利用铅蓄电池是无法实现的。

为何不使用双电层电容器?

    作为可在短时间内接收大电力的蓄电装置,除了锂离子充电电池外还有双电层电容器。从大电力的接收性以及耐反复充放电的特性来看,双电层电容器要更出色一些。

    但铃木却选择了锂离子充电电池,这是因为双电层电容器存在电压变动大的难题。由于电容器是在两个电极间物理存储电荷,随着充电的进行,充电电压会随之上升,因此需要采用可变电压式发电机。相反,放电时电压下降,为了稳定电压,需要DC-DC转换器。这都会导致成本上升。而锂离子充电电池即使再充放电时,电压也比较稳定,不但不需要DC-DC转换器,也不必采用可变电压式发电机。

    实际的ENE-CHARGE系统如图3(a)所示,并联了锂离子充电电池和铅蓄电池,发电机所发的电力除锂离子充电电池外,还为铅蓄电池充电

 
图3:铃木的减速能量再生系统“ENE-CHARGE”的动作
(a)减速时。停止供应燃料时利用发电机发电。(b)行驶时尽量不利用发电机发电,将减速时再生的电力提供给电器部件。

    不过,铅蓄电池的电流容量为33Ah,而锂离子充电电池的电流容量为3Ah,只有其1/10左右,但发电机所发的120A电流中,有约100A充到了锂离子充电电池中,充到铅蓄电池中的电流只有约20A。电池容量只有铅蓄电池的1/10,却能接收铅蓄电池5倍的电流,这样一计算,锂离子充电电池的电流容量是铅蓄电池的50倍。

    轻型乘用车发电机的发电量一般为60~70A左右,此次铃木将其约提高了1倍,但外形尺寸与原来基本相同。随着发电能力的提高还增加了发电机等辅机的驱动皮带宽度,提高了传动扭矩。

    铅蓄电池用来驱动前灯、空调、启动马达及除雾器等,而锂离子充电电池除了上面提到的发动机周围的电器部品外,还为音响、仪表及刹车灯等供电〔图3(b)〕。

    区分使用二者的理由是防止电压降低。如果是仅使用普通铅蓄电池的怠速停止机构,重启发动机时蓄电池的电压会降低,因此音响等会暂停工作。

    怠速停止后每次重启发动机时音响都暂停会令乘客不愉快,因此一般的怠速停止机构都带DC-DC转换器,通过为蓄电池升压来防止音响等暂停。而ENE-CHARGE利用铅蓄电池重启发动机,利用锂离子充电电池为音响供电,锂离子充电电池的电压不会下降,这样就省去了DC-DC转换器。

关键字:通过  减速  能量  提高

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2012/1226/article_6548.html
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