中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:目前具有代表性的用于行駛車輛的能量?jī)?chǔ)存方式有以下三種:
飛輪蓄能
飛輪蓄能是機(jī)械蓄能的一種形式,以慣性能(動(dòng)能)的方式,將能量?jī)?chǔ)存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪中。
當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí),飛輪蓄能系統(tǒng)托動(dòng)飛輪加速,將車身的慣性動(dòng)能轉(zhuǎn)化為飛輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能。當(dāng)車輛需起動(dòng)或加速時(shí),飛輪減速,釋放其旋轉(zhuǎn)動(dòng)能給車身。
按構(gòu)成材料劃分,飛輪主要有兩種:金屬制飛輪與超級(jí)飛輪。
金屬制飛輪以鋼制飛輪為主,能量密度較低,價(jià)廉且宜于加工;而超級(jí)飛輪選用強(qiáng)度較高的碳素纖維材料制造,轉(zhuǎn)速極高,最大可以達(dá)到78000R/Min,能量密度高,是鋼制飛輪的10倍。為了減少空氣阻力損耗,可以將飛輪運(yùn)行于真空罩中,而目前這方面的前沿研究是飛輪軸承采用高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)。
在設(shè)計(jì)飛輪時(shí),既要考慮本身強(qiáng)度,又需注意系統(tǒng)的共振及穩(wěn)定性,這里就不展開(kāi)了。
飛輪混合動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例是F1的KERS系統(tǒng),在保留F1賽車原有動(dòng)力總成的基礎(chǔ)上,加裝由IVT(InfinitelyVariableTransmission,無(wú)限變速器,和傳統(tǒng)CVT相比特點(diǎn)在于速比變化范圍極大)和真空飛輪構(gòu)成的機(jī)械動(dòng)能回收系統(tǒng)。沃爾沃正在嘗試將F1上的KERS技術(shù)應(yīng)用在了量產(chǎn)車型上,技術(shù)合作方是為F1車隊(duì)提供技術(shù)支持的Torotrak與FlybridSystem公司。
Torotrak供應(yīng)的大傳動(dòng)比無(wú)級(jí)變速箱,與傳統(tǒng)鋼帶式無(wú)級(jí)變速原理不同
FlywheelKERS
飛輪儲(chǔ)能的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊,除了汽車之外,還經(jīng)常用于UPS(不間斷電源系統(tǒng));美國(guó)航母上的電磁彈射器也借助飛輪原理,提供瞬時(shí)大電流;有研究人員使用飛輪提供核聚變所需要的瞬時(shí)能源。
液壓蓄能
液壓蓄能以液壓能的方式儲(chǔ)存能量。
系統(tǒng)由一個(gè)具有可逆作用的泵馬達(dá)實(shí)現(xiàn)蓄能器中的液壓能與車輛動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化,即在車輛制動(dòng)時(shí),蓄能系統(tǒng)將泵馬達(dá)以泵的形式工作,車輛行駛的動(dòng)能帶動(dòng)泵旋轉(zhuǎn),將高壓油壓入蓄能器中,實(shí)現(xiàn)動(dòng)能到液壓能的轉(zhuǎn)化;在車輛起動(dòng)或加速時(shí),蓄能系統(tǒng)再將泵馬達(dá)以馬達(dá)的形式工作,高壓油從蓄能器中輸出,帶動(dòng)馬達(dá)工作,實(shí)現(xiàn)液壓能到車輛動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。
蓄能器主要有重錘式、彈簧式和充氣式,其中以氣體儲(chǔ)能器使用最為廣泛。該儲(chǔ)能器是在鋼制的壓力容器內(nèi)裝有氣體和油,中間以某種材料隔開(kāi),按隔離方式分為活塞式和皮囊式兩種,都是利用密封氣體的可壓縮性原理制成。
液壓儲(chǔ)能的能量密度比飛輪儲(chǔ)能與蓄電池儲(chǔ)能都小,但其在三者中,具有最大的功率密度,能在車輛起步和加速時(shí)提供給車輛所需要的大扭矩。同時(shí),液壓儲(chǔ)能系統(tǒng)可較長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能,各個(gè)部件技術(shù)成熟,工作可靠,整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)難度小,便于實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用。
液壓儲(chǔ)能的應(yīng)用實(shí)例包括PSA(標(biāo)致雪鐵龍集團(tuán))的HybridAir技術(shù),相比油電混動(dòng),HybridAir的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高。不存在電池壽命問(wèn)題,理論上可以做到整套系統(tǒng)與車輛同壽命,降低成本。
而該技術(shù)的潛在缺點(diǎn)包括,儲(chǔ)存能量不足導(dǎo)致的混合深度可能有限,另外壓縮釋放空氣還會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)、噪音控制問(wèn)題。
目前這項(xiàng)技術(shù)尚處于研發(fā)階段,根據(jù)雪鐵龍官方給出的信息——在城市道路上節(jié)油能達(dá)到45%,在綜合道路上則能達(dá)到35%。此項(xiàng)技術(shù)與1.2VTi發(fā)動(dòng)機(jī)搭配裝在雪鐵龍C3上,已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)2.9L的百公里油耗。而據(jù)雪鐵龍的技術(shù)人員稱,他們的終極目標(biāo),是要做到2.0L/百公里。如果屆時(shí)量產(chǎn)車型能達(dá)到這樣的效果,HybridAir有可能會(huì)成為混合動(dòng)力中的另一大分支技術(shù)而受到更廣泛的應(yīng)用。
電池儲(chǔ)能
油電混合是最主流的混合動(dòng)力原理。系統(tǒng)以具有可逆作用的發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)電池中的電能和車輛動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。
在車輛制動(dòng)時(shí),發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)以發(fā)電機(jī)形式工作,車輛行駛的動(dòng)能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并儲(chǔ)存在電池中。在車輛起動(dòng)或加速時(shí),發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車。
電池儲(chǔ)能的功率密度低,過(guò)充電、過(guò)放電和頻繁充放電都會(huì)影響壽命,不能迅速轉(zhuǎn)化吸收大量能量,難以滿足車輛在制動(dòng)或起動(dòng)時(shí)的功率需求。因此人們開(kāi)發(fā)了車用超級(jí)電容,可以適應(yīng)瞬間充放電和頻繁充放電,循環(huán)壽命長(zhǎng),受低溫影響小,電量檢測(cè)方便,而且超級(jí)電容器的生產(chǎn)成本每年都在以低于10%的比例減少。
但是超級(jí)電容也有能量密度與電池差距較大、容易漏電等缺點(diǎn),無(wú)法長(zhǎng)期儲(chǔ)存能量,所以也有研究人員在嘗試電池電容混合的電力系統(tǒng),同時(shí)兼顧電容充放電迅速和電池能量密度相對(duì)較大的優(yōu)點(diǎn),用電容進(jìn)行緊急充放電,用電池長(zhǎng)期儲(chǔ)存能量,電池和電容分工合作。