天然资源的枯竭、空气污染、交通堵塞和矿物燃料价格的上涨等等问题,迫使社会和个人寻求替代运输工具。这当中就有用于公交车和卡车的混合电力、氢气和基于燃料电池的动力系统,例如ISE(San Diego, CA)从1996年以来所生产的那些。
这些动力系统在整个汽车工业之所以受到欢迎,是因为它们提高了燃油效率,降低了有害排放。ISE公司专长于生产串联混合电力动力系统,其中的引擎完全与动力传动系统脱离,且仅仅被用于产生电力。
该类型混合架构对于执行大量“停走”驱动的大型车辆特别有吸引力,如市内运输公交车和货运卡车。传统的公交车和卡车的效率很低,产生高度有害的排放,因为它们硕大的引擎(通常是柴油机)持续不断地给车辆加速和减速--这是一种效率最低的产生动力的方式。
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sp; 在ISE的串联混合系统中,较小的引擎与发电机紧密配合,在恒定、有效的速度和功率输出级上工作。当车辆动力暂时需要增加的时候,如加速期间或爬山时,要从车上由电池和组成的能量储存系统吸取电力。当车辆的动力需求较低时,该能量储存系统被充电。这样不仅仅能量效率增加了,而且车辆能够通过再生制动(regenerative braking)在它减速时重新回收(加速时付出的)能量。
面临的问题
ISE的混合电动车(HEV)技术的目标是利用燃料驱动引擎、电力电机驱动和能量储存组件的最佳特性。他们的混合架构设计采用了担当主动力源的内燃机,以及一个担当二次动力源的、具有电力储存系统的电机。设计工程师能够将内燃机的规格设计为满足巡航动力的要求,因为二次动力源要满足加速对峰值动力需求。此外,再生制动能量被二次动力系统所捕获。该能量被用于进一步的加速或满足附属电器系统的基本能量需求。
存在的缺点
仅仅采用电池提供电力储存的标准设计存在缺陷。这些不足之处很多,它们给汽车设计工程师带来了许多设计挑战。首先,电池要在低温正常工作存在困难;其次,电池需要非常复杂精密的电荷均衡管理技术;第三,电池在极端条件下的寿命大为缩短,从而导致贯穿车辆生命期内高昂的换电池成本。
由于要购买和安装新电池,旧电池就不得不拆除并处置掉。除非制造商已有电池回收设施,否则电池的处置可能成为问题。所有这些问题都增加了基于电池的系统的成本,更不用说车辆停工期造成的损失。
或许最重要的是:电池捕获和再生能量、或短持续时间事件(诸如加速和刹车)期间提供突发大功率的能力有限。这种高功率局限性降低了混合电力动力系统设计的效率。因为大多数城市公交车都工作在不变的制动-加速模式,捕获和再生刹车能量的能力就成为了ISE设计的中心。
在实现高效率公交车和卡车系统设计目标的征程中,电池限制因素是ISE工程师面临的严峻挑战,他们要在克服传统的低效率问题的同时,提供满足人们期望的牢靠、全天侯、走走停停的运输能力。为了给市场带来真实的可选替代方案,ISE需要设计一种电力和储存系统,以克服混合电力电池及传统卡车和公交车的局限性。
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