【盘点】新能源汽车技术 TESLA快充VS新燃料电池
2016-02-24 来自: 陕西省电源学会 浏览次数:532
| 儿时的我们对于未来的汽车抱有很多幻想，它的造型不再方方正正，内饰更加科幻，电脑既可以对话，还可以在我不想开车的时候自动驾驶等等，小伙伴们无数次的嘲笑我太天真，这些却在20年后成为现实。在大家都进行略带沉重感的总结盘点时，我们为您挑选了10大新技术，这里面有些可是有钱也买不到的“高大上”技术哦。 TESLA快充 量产可能性：已开始应用 虽然由于售价原因，错失沃德十佳发动机大奖，并且近阶段饱受起火等问题的困扰，不过这些都不能改变TESLA目前大红大紫的局面。流畅的外形、夺人眼球的中控设计、不使用任何用电设备情况下483公里的续航里程、多样的充电方式都让它真正走进了现实生活。 目前，TESLA一共有3种充电方式，分别是移动充电包、高能充电桩、超级充电站。移动充电包就是一条充电线，就像你用手机一样，只要你带着这根线，任何有普通电源插口的地方都可以充电，非常方便，只不过这种充电方式的速度是最慢的。按照一晚上充电时间8小时算，能行驶80英里（约128公里）左右，足够你第二天日常城里活动使用了。不过这套充电线算是TESLA的周边配件，并不包含在购买车辆范围内，需要单独购买，美国官网价格为650美元。 高能充电桩有两种充电模式，单充电器模式下可以输出240V/40A，双充电器模式下可以输出240V/80A。所谓双充电器模式就是你的车内部拥有两个充电单元，其中一个是原车出厂自带，而另外一个是需要你付费选装的，官网价格3600美元，作用和效果其实很简单，是给你的车增加了一个充电通道，充电速度提升为原来的一倍，充电一小时车辆可行驶58英里（约93公里），这个速度要比普通电源插座快得多了。 超级充电站是未来厂商主推的充电方式。这里充电速度是最快的，通过我们的实际体验，超级充电站的充电电压为380V，而充电电流可以接近200A，充电1小时足够行驶220英里（约350公里）。不过每个充电站的输出电流都是额定的，当只有一辆车充电的时候，它可以享受充电站70%的电流额度，但是当充电的车数量增加时，电流就会平均分配到每辆车上。 点评： 特斯拉的快充功能已经成为了“诱惑”车主选择它的强大理由，不少车主已经体验到这项技术带来的便利，仅需充电半小时，就足够一天的行驶里程，确实十分诱人。 无线充电 量产可能性：尚处研发阶段 TESLA的快充确实可以从某种程度上提高电动车的使用便利性，不过这种快充站需要占据一定的空间，未来地价肯定继续走高，设置充电站的成本会进一步升高，如何不让这种成本上升转嫁到消费者头上呢？似乎摒弃充电站，或者说改进有线充电方式是个选择。今年高通公司（Qualcomm）在“EVS27”上展出了3.3kW～20kW的无线充电系统，并使用3.3kW系统进行了现场演示。 点评： 减少充电系统占地面积确实是一件好事，不过高通没有公布这项技术是否将会量产，目前也没有试验数据支持使用无线充电是否会对健康有害。 燃料电池车技术 量产可能性：未来计划量产 虽然，TESLA的埃隆&dot；马斯克公开表示燃料电池就是bullshit，不过地球另一边的日系厂商依旧在紧锣密鼓地开发燃料电池技术。丰田在今年的东京车展上，展出了计划在2015年投放市场的燃料电池（FCV）概念车TOYOTAFCV。 小贴士：什么是FuelCell FuelCell直译为燃料电池，就是利用燃料与氧化剂化学反应，直接转化为电能，但它不能储电，只能发电。燃料电池与常规电池的不同点在于，燃料电池工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就会不断提供电能。 燃料电池的优势 燃料电池有两个明显优点，首先能量转化效率高，燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程。另一个优势就是有害气体的排放、噪音都相对较低。 这款概念车使用的燃料电池组的输出功率密度为3kW/L，提高到了SUV款FCV“丰田FCHV-adv”配备的现行燃料电池组的两倍以上。据丰田介绍，此次的电极形成技术使用了无需冷凝即可涂覆数μm粒径的白金类催化剂的技术，对提高电池组的输出功率密度做出了巨大贡献。 这台概念车配备了高效率升压转换器（DC-DC转换器），利用升压转换器提高燃料电池的电压，以提高马达的转速，从而增加输出功率。通过采用这种方法，缩小了驱动用电机的尺寸，并减少了燃料电池单元的数量，从而实现了燃料电池组的小型化。另外，虽然实现了小型化，但燃料电池组的输出功率仍然达到100kW以上。 充填氢燃料所需时间仅为三分钟左右，与汽油车加油的时间差不多。加满氢燃料后的续航里程约为500km，在JC08模式下可达到700km。 点评： 目前丰田已经公布将于2015年推出使用燃料电池的车型，不过丰田并未宣布搭载燃料电池系统车型的更多距离信息，究竟是埃隆&dot；马斯克对未来判断准确，还是日系厂商把握时代脉搏更准？估计得再等10年才能知道答案。 全自动智能驾驶 量产可能性：尚处研发阶段 在前往法兰克福的过程中，路线包括了1888年贝莎&dot；本茨从曼海姆至普福尔茨海姆的世界首次驾车旅行的100km路线，与125年前不同，如今这辆新奔驰车早已不再是独自行驶在路上。在包含了市区道路与高速公路的各种旅途中，这辆S500INTELLIGENTDRIVE需要自行处理诸如交通路口、环岛、行人、车辆以及非机动车等不同的实际路况，而这辆试验车型却没有往常人们看到的试验车那些裸露在车外或是架在车顶上的大型设备，若是没有车身上的标语，很难察觉出有什么异常。 点评： 儿时幻想的车辆自动驾驶真的在现实道路上实现了，这是个可喜可贺的事情，不过奔驰还是对此持保守态度，并未公布其何时量产，我们的下一代应该就可以同事故、迷路说拜拜了。 新材料的研发与应用 量产可能性：未来计划量产 在汽车设计、制造领域中，探索新材料的应用一直是工程师不懈努力的事情。帮助车辆轻量化的同时兼顾强度绝不是一件容易的事情，铝材、树脂材料、碳纤维、复合材料目前还只是少数高端车型的“专利”，想要普及尚需时日。不过这却不能浇灭工程师的探索热情，2013年工程师们除了对其它材料“打主意”，还在想方设法降低现有材料生产制造成本。 ●树脂材料做齿轮 今年的东京车展上，日本大丰工业集团旗下的NIPPONGASKET展出了平衡轴用树脂齿轮。此前平衡轴的齿轮一般由金属制造。未来很可能会应用在丰田的混合动力车型上，树脂材质不仅可以使得重量减轻到金属制品的一半以下，还可以降低运行噪声。 NIPPONGASKET选用酚醛树脂材料制作齿轮。首先在芳纶长纤维表面附着酚醛树脂粉末，接着将其溶于水中使之均匀分散，再像抄纸那样制造成2mm厚的片材。将10～20张片材层叠，制成20～40mm的板材，并将板材冲压成齿轮形状。这时由于是冲压，因此齿轮为平齿轮。之后将冲压件放入模具，加热、压缩成型。齿线随着模具变为倾斜，变成斜齿齿轮。最后像金属齿轮一样用滚齿机加工，获得精度。加工余量为0.3mm。成品出来后在内侧热装金属衬套，交付给平衡轴厂商日本欧德克斯（OTICS）。 小贴士：何为平衡轴 平衡轴的作用是尽可能减小发动机的振动，比如我们拆解过的宝马N20发动机，它在发动机曲轴的下方叠加布置（上下布置）平衡轴机构，其转速是曲轴的2倍。两个平衡轴的转速相同，方向相反，这次材质改变的就是平衡轴上的齿轮。 酚醛树脂是1872年由德国化学家首次提炼出的，其特点就是耐热性优秀。它在非常高的温度下，也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。正因为这个原因，酚醛树脂目前被应用于一些高温领域，例如耐火材料，摩擦材料，粘结剂和铸造行业。工程人员正是看中了它这一特点，将其运用于发动机平衡轴齿轮制造中。 ●降低复合材料生产成本 其实复合材料大家都不陌生，碳纤维增强塑料（CFRP）、玻璃纤维增强聚合物（GFRP）等都属于这个范畴，宝马i3的乘员舱正是使用CFRP材料制成。虽然它对于车身轻量化可以起到不少积极的作用，不过成本问题是困扰它的梦魇。 今年，三菱丽阳宣布该公司利用自主开发的PCM（PrepregCompressionMolding，预浸料模压成型）法制造的后备厢盖被日产采用，作为Nismo版本GT-R后备厢制造材质。该后备厢盖的重量只有铝合金产品的一半，但刚性却在铝合金产品之上。 PCM法是采用冲压机进行压缩制造CFRP的量产技术，利用固化时间为2～5分钟的热固性环氧树脂来制造预浸料的预制件，然后将预制件放入模具中加热，并在3～10MPa的高压下冲压成型。这种方法将成型作业的周期缩短到了约10分钟，可用于汽车部件的量产。另外，由于是在高温高压下冲压，因此部件表面的非常平滑，涂装后也很美观，这也是首次在量产车的外板部件上采用该技术。 点评： 相比后面要介绍到的3D打印技术、智能全自动驾驶系统等技术，材料领域的技术革新在2013年似乎没有引起大家过多关注。它们扮演的角色更像是辛勤的园丁，正是它们一点一滴的积累，才让我们的车辆更加省油，结构更坚固。NIPPONGASKET已经公布树脂材质齿轮未来将搭载在丰田混动车型，采用PCM法制造的CFRP材料也已经被选为Nismo版本GT-R后备厢材质，不久的将来我们就能接触到这些材料技术。 3D打印汽车技术 量产可能性：已开始应用 不知道您是否有关注科技新闻的习惯，今年3D打印技术越来越频繁的出现在科技新闻中。利用这种技术您可以很快捷地得到原先只能在电脑上看到的3D模型。相比以往技术，3D打印技术可以让处于电脑屏幕另一端的人们更准确的理解对方的设计细节，目前这项技术已经运用在汽车设计上。 在福特位于硅谷的试验室中，设计师完成部分设计后，可以将3D设计方案通过电子邮件发送给位于福特汽车迪尔伯恩总部的同事，总部的同事可以使用被称作MakerBotThing-O-Matic这个利用塑料作为材料生产原料的设备打印出该部件的模型。相比以往的技术，3D打印技术成本更低，所以，现在福特已在如换挡柄、仪表和显示模块的开发中尝试应用3D打印技术。 除了这种使用塑料为原料的MakerBotThing-O-Matic的设备，福特还使用另一种以砂土为原料的3D打印设备，这种设备以细微的砂子颗粒作为原料，通过多个打印机喷铸模型和核心部件。工程师可以快速制作出一系列具有细微差异的部件模型，最终开发出最合适的部件，由此提高整个开发效率，缩短上市周期，降低成本。 目前，由3D打印技术制造出的模型已经帮助设计人员设计了C-MAX、Fusion（现款福特蒙迪欧）混动车型的 变速器外壳、减振器外壳；福特翼虎使用的产于美国路易斯维尔工厂的EcoBoost四缸发动机部分部件；F-150的3.5升EcoBoost发动机排气歧管等等相关部件。 其实，3D打印技术离我们很近，去年上映的007电影中就使用3D打印技术复原阿斯顿&dot；马丁DB5，帮助摄制组在拍摄它被摧毁时节省了大量的资金。虽然现在看来，使用3D打印技术制造汽车离我们还有些遥远，但如同当年的计算机技术应用到产品设计一样，3D打印技术势必会掀起一波技术革命浪潮，谁敢说未来我们不能在家中院子里用3D技术制造爱车呢？ 点评： 现在市面上已经可以买到3D打印机，并且美国路易斯维尔工厂生产的翼虎发动机已经使用到这种技术，在自己在电脑上画些奇奇怪怪的东西并很快造出来不是梦，土豪们，行动起来！自家后院造火箭的时代到了。 低滚阻轮胎 量产可能性：未来计划量产 轮胎作为车辆与地面唯一接触的部件，其特性不仅影响车辆的操控性，同样会对燃油经济性产生影响。使用低滚阻轮胎一直是新能源车降低能量损耗的重要手段，除了调整胎面宽度外，优化轮胎花纹以及改进轮胎使用橡胶也是减低轮胎滚动阻力的好方法。住友橡胶工业公司于2013年12月3日发布公布将于2014年秋季上市“滚动阻力降低50%的轮胎”等轮胎技术。 住友橡胶在轮胎3个部位使用不同橡胶材料以此降低轮胎滚动阻力，首先是通过改进橡胶配比及轮胎构造减少了由轮胎变形导致的发热，降低了滚动阻力，同时提高了抓地性能。研发人员分析了苯乙烯、丁二烯如何排列才能提高湿地抓地力，随后对分子骨架进行了优化设计。 普通橡胶粒子含有蛋白质及磷类脂体等杂质，使橡胶与碳黑之间的结合力变弱，因此，其各自的运动会引起发热，使阻力增加。这款轮胎的胎壁采用新的高纯度天然橡胶，减轻了发热。另外，胎面内侧使用的天然橡胶通过使用新型碳偶联剂，使天然橡胶的末端固定在碳黑上，将天然橡胶的发热降低了15%。 点评： 制造材料革新、充电时间缩短，现在降低50%滚动阻力的轮胎也已登场，住友已经公布这款低滚阻轮胎将于明年秋季上市，新能源车离走进我们生活又近了一步。 ■智能驾驶类 自适应巡航、车道保持、城市安全系统，不少儿时幻想中的技术已经被塞进我们的爱车，驾车过程已经变得愈加轻松、安全。几年前，我们还在讲全自动智能驾驶的到来相信只是个时间问题，2013年，这项技术便照进了我们的现实。 迈凯伦无雨刮器 量产可能性：尚处研发阶段 超跑对于空气动力学要求十分苛刻，迈凯伦总监曾透露，迈凯伦P1的空气动力学开发占据了整个研发流程近三分之一时间。工程师在不遗余力的对每个车身线条进行优化，不过受制于功能限制，某些车身部件成为了阻碍优化空气动力学设计的顽石，比如雨刮器。恶劣天气下车辆必须开启雨刮器时，不停摆动的它会打乱流过车头的气流。有没有方法加以改变呢？ 迈凯伦正在研究一种战斗机上已应用的无需雨刮器便可保持风挡玻璃清洁的技术。迈凯伦公司的首席设计师FrankStephenson说：“我们一直在思考为什么近些年设计的飞机上没有刮水器，原来它不是在玻璃表面涂一层东西，而是使用一种从未失手的高频电子系统。突发下雨等状况时，可以马上起作用，使雨水不会在玻璃上有任何停留时间。”于是迈凯伦的工程师们决定好好琢磨下这项技术，将其应用到自家品牌新车型上。 这听起来好像离我们很遥远，但是我们不必这么快下结论。迈凯伦已宣布将在2015年把这种技术用到本公司的赛车上。几年之后，可能很多车主只需花费15美元就可以买 到这种配置。 点评： 迈凯伦已经宣布2015年将把这项技术投入到赛车中，如果技术成熟才会投入到量产车上，这让它的量产不太明朗，曾经有人说迈凯伦认为耍帅与实用不可能兼顾，迈凯伦这次可是狠狠打了他们的脸，打完还诙谐的补上一句话，“我们的产品不光是耍帅利器还很实用，并且这种配置未来售价还不贵”。 新型制冷剂 量产可能性：尚处研发阶段 在了解新型制冷剂前，让我们先来了解下车辆空调制冷原理。实际上，车辆空调制冷原理同其他我们常见的制冷设施制冷原理基本相同，简单说就是车厢内的空气热量转移给制冷剂，制冷剂吸收热量汽化，最后由制冷剂将热量转移到车外大气中这一方法达到车厢内降温的目的。 多年前，制冷剂主要使用二氯二氟甲烷（冷媒代号R12），目前比较常见的制冷剂是四氟乙烷（冷媒代号R134a）。尽管它的价格比R12稍高，但由于R134a不含氯分子，热力性质与R12相似，且热交换效率比R12更优秀，它仍旧取代了之前的R12成为主流制冷剂。凡事都有两面性，R134a具有良好的水溶性，容易与润滑油产生化学反应生成酸、二氧化碳或一氧化碳，并对金属产生腐蚀作用。具有轻微毒性也是它的另一缺点。虽然R134a的臭氧层破坏系数为0，但是气候变暖潜能值很高（简称GWP，是定义温室气体相对强度的一种方法），在《蒙特利尔议定书》没有规定其使用期限，在《联合国气候变化框架公约—京都议定书》中被定性为温室气体。 为了进一步减少空气污染，大众近日公布未来将为旗下全部车型使用二氧化碳作为制冷剂。二氧化碳在地球上是取之不尽、用之不竭的自然资源。早在二十世纪初就已在工业与渔业的冷冻系统中使用，它的冷媒代号是R744。不会分解出刺激性物质、无可燃性、获取容易，且工作产生的温室气体效应远远小于传统制冷剂，但是二氧化碳存在一个重要缺点，就是它在制冷系统里的工作压力很高，是R134a制冷剂的10倍，所以要使用R744制冷剂就需要车辆空调系统经过特殊设计。 除了R744外，目前一种名为R1234yf也开始展露头角。相比于R134a制冷剂，R1234yf制冷剂对于环境的影响（主要是温室效应方面）几乎可以忽略不计，与此同时，二者在各方面的性能状态极为类似，针对R1234yf制冷剂的研发也已趋于成熟，在行业内部，这样的发展趋势已得到大多数人的认可。但是，并不是所有车企对于R1234yf投出橄榄枝，奔驰就是其中之一。因为奔驰还无法确定这种新型制冷剂的稳定性，工程师们做了这样的一个试验，一辆达到正常工作温度的B级轿车在熄火后，把空调系统管路上的阀门打开，使得R1234yf制冷剂泄漏，在多次试验过程中，出现了高频率的起火现象（很可能是排气歧管的表面温度将制冷剂引燃），由此这个新型制冷剂被奔驰认定为危险品。 点评： 无论是R774还是R1234yf，新型制冷剂的使用势必将掀起又一次技术革命。在这之前他们还需在试验室里经过无数次考验。使用R744制冷剂需要车辆空调系统经过特殊的设计，这部分变化带来的成本很可能会由消费者承担。不过，为了我们共同生活的唯一家园——地球，这份钱就算是为我们的子孙缴纳的道德基金吧。 线传转向 量产可能性：已开始应用 转向系统肩负着帮助驾驶员操控车辆、体验车辆性能的重要职责，传统的转向系统无论助力形式如何，方向盘均通过机械的方式推拉车轮以达到转向的目的。如果省去了传统的机械式连接，改为电控信号会发生什么呢？路感会就此消失？系统稳定性如何？反应会不会比机械式的慢？日产通过DirectAdaptiveSteering技术对这些问题给出了自己的答案。 实际上这项技术并不是什么新鲜技术，早在20世纪70年代，美国宇航局便已在宇宙飞船的操控系统使用这种电控系统。宇宙飞船上这套名为Fly-By-Wire的系统，目前已广泛应用在喷气式战斗机、部分民用飞机，以及船舶的操控系统中。现在这项技术被“下放”到了车辆控制中，日产已经公布在其豪华品牌英菲尼迪的新产品Q50上使用。 这套线控转向系统的构成与传统转向系统结构类似，也是由方向盘、转向柱、转向机组成。不同之处在于它多了3组ECU电子控制单元、方向盘后的转向动作回馈器、离合器。 特点一：反应速度快 前面提到这项技术早在20世纪70年代便已应用到宇宙飞船上，现在已经广泛应用在喷气式战斗机、部分民航客机中，敏感的您也许已经嗅到了它的优点之一。没错，这就是反应速度快。它摒弃了传统的机械结构，改由电子信号控制。分秒必争的喷气式战斗机正是看重了快这项优点，选择了这种控制形式。 特点二：舒适性好 没有了机械连接的“负担”，所以这套系统将过滤掉多数不必要的振动。也就是说当车辆行驶在崎岖路面，特别是车辙比较明显的道路上时，方向盘不会再因路面的剧烈变化而产生过度振动，驾车者能更平稳的把控方向盘。 看到这里也许您会担心路感问题，这方面日产早有考虑。ECU在收集到路面情况以及车辆跳动信息后，将会用电子信号发送指令给转向回馈动作器，随后转向回馈动作器会模拟出当下车辆行驶时所处的环境所需回馈力度。 特点三：可选择驾驶感受及扩展功能 除了上面提到的两个优点外，DirectAdaptiveSteering还可以与英菲尼迪DriveModeSelector技术协同工作，为驾驶员提供4种不同预设驾驶模式以及1个自定义驾驶模式选择功能。这样可以让驾驶员依照个人不同的驾驶习惯以及路面情况改变车辆转向系统的反应。 此外，DirectAdaptiveSteering还可以与Activelanecontrol（车道保持系统）配合，当位于车辆内后视镜后部的摄像头发现车辆偏离车道时，DirectAdaptiveSteering会适时地启动并自动输入转向信号，帮助车辆回到正确地行驶轨迹上，从而避免事故的发生。 其他特点 除了上面提到的优点外，由于没有了机械连接，所以驾驶席腿部空间表现会比以往更优秀，同时在车辆发生碰撞时，转向柱侵入的可能性也得以降低，车辆安全性得以提高。可以预想，Q50未来如果进行类似IIHS的25%偏置碰撞这样车头吸能结构无法施展全部拳脚的试验，其驾驶席假人腿部得分很可能会比转向系统采用机械连接的车型更高。 点评： 那边迈凯伦正在研发飞机上的无雨刷器系统，这边英菲尼迪已将飞机上的线控转向系统应用到自身品牌中，看来技术的下放绝不仅仅是旗舰车型与入门车型之间。 我们为您挑选的这10项技术包含了车辆设计、制造、轻量化材料、智能驾驶等不同方面。其中，树脂材料的应用保证轻量化的同时还兼顾了降噪的需求，新制造方法帮助企业降低复合材料生产成本，让复合材料未来使用在更低级别的车型做出努力。3D打印技术的出现帮助设计师与客户更准确地沟通设计思路，电池组、充电方式上的改变让新能源车型续航里程更长，实用性提升。通过传感器与电脑的协同工作，全自动智能驾驶已不再是幻想，二氧化碳这种看似有害的气体开始发挥“正能量”，线控转向系统帮助驾驶员获得全新的驾驶感受等等。这一切都在围绕着让车辆续航里程更长、驾驶更简便安全这两个方面进行努力。回顾2013年新涌现的技术，让我们对即将到来的明年心生期待。希望造型设计与海外品牌飞速接近的自主品牌，明年也能出现在这份盘点前卫技术的榜单中。 |
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