中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：10月23日，清華大學(xué)汽車系副主任李建秋教授在“中國(guó)電力國(guó)際合作論壇”的分論壇——“電動(dòng)汽車國(guó)際合作論壇”上和大家分享了其在電動(dòng)汽車車領(lǐng)域最新的研究成果。
以下文字實(shí)錄：
李建秋：各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家、各位來(lái)賓大家上午好!
我的題目可能前面的幾個(gè)專家不一樣，我是搞技術(shù)的，報(bào)告偏技術(shù)的，匯報(bào)插電式混合動(dòng)力儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化，也是我們最近研究的結(jié)果。我報(bào)告分為：一個(gè)是背景，另外一個(gè)是復(fù)合儲(chǔ)能的異化，是把電池和超級(jí)電容合起來(lái)用在一輛車上，就有一個(gè)構(gòu)型，怎么樣把電池和超級(jí)電容復(fù)合，第三個(gè)就是怎么樣優(yōu)化他們的參數(shù)，最后是一個(gè)結(jié)論。
背景的情況，前面幾個(gè)專家也介紹了，最近這兩年新能源汽車的發(fā)展勢(shì)頭很快，你可以看到綠色的是插電式混合動(dòng)力，傳統(tǒng)的混合動(dòng)力尤其是今年由于補(bǔ)貼政策的調(diào)整，逐步的都變成了插電式混合動(dòng)力。那么混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力有什么不同呢?混合動(dòng)力是可以不用電池的，比如說(shuō)你用超級(jí)電容來(lái)儲(chǔ)能，但是插電式混合動(dòng)力有超級(jí)電容的要求，單獨(dú)用超級(jí)電容很難保證40公里或者50公里的續(xù)航里程，所以必須要采用電池。怎么樣發(fā)揮超級(jí)電容和電池各自優(yōu)勢(shì)，就是我們研究的面臨的一個(gè)問(wèn)題。這里研究相應(yīng)的幾個(gè)方面，第一方面是他們各自的成本，還有綜合來(lái)評(píng)價(jià)不同的儲(chǔ)能系統(tǒng)面臨的耐用性，也就是循環(huán)的壽命，能量密度、功率密度等等，還有成本、低溫的一些性能，不同的儲(chǔ)能裝置特性是不一樣的，怎么樣發(fā)揮他們的效果，我們的主要就是這個(gè)目標(biāo)，而這里面我們給出了一些實(shí)際的例子。首先來(lái)看看，怎么樣研究把超級(jí)電容，電池和超級(jí)電容，電機(jī)和裂變氣，混合動(dòng)力還有發(fā)電機(jī)，在怎么樣復(fù)合上面，我們大概有幾種構(gòu)型，第一種構(gòu)型是直接把電池和超級(jí)電容通過(guò)一個(gè)雙向的DCDC連接到電機(jī)的總線上面，這是構(gòu)型A，它的優(yōu)點(diǎn)是什么呢?是電池和超級(jí)電容有各自的工作電壓范圍，比如說(shuō)電池電壓變化范圍比較窄，超級(jí)電容的變化范圍可以比較寬，300伏到700伏。
超級(jí)電容電量跟電壓的關(guān)系是線性的，電池電量跟電壓是比較平的，他們兩個(gè)是不匹配的，需要有DCDC把他們倆隔開(kāi)。第二個(gè)構(gòu)型從成本的角度考慮，我們可以省掉其中一個(gè)DCDC，你可以把DCDC放在電池這邊，也可以把DCDC放在超級(jí)電容這邊，只要一個(gè)。它的優(yōu)點(diǎn)是什么呢?我也把兩個(gè)工作電壓分開(kāi)了，但是問(wèn)題是什么呢?問(wèn)題就在于，你還是用了一個(gè)DCDC，這個(gè)DCDC的成本、效率對(duì)整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)都會(huì)有相應(yīng)不利的，成本會(huì)增加，效率也會(huì)下降。有一個(gè)雙向DCDC和沒(méi)有DCDC效率下降5%-8%。當(dāng)然還有比較特殊的情況，我不要超級(jí)電容了，干脆就用電池，我們現(xiàn)在有這樣的插電式混合動(dòng)力。問(wèn)題在哪里呢?這個(gè)電池充換電的倍率要求是比較高的，如果你電池的容量比較小的時(shí)候，你的換電倍率比較高，而且在低溫的條件下，比如在我們國(guó)家東北的地區(qū)，往往零下20度到零下40度，在這樣的條件底下，你就很難能夠保證電池在低溫下高倍率的充電和換電條件下的壽命。所以現(xiàn)在這是一個(gè)主流的構(gòu)型，但是也有面臨的一個(gè)問(wèn)題。
下一個(gè)構(gòu)型是直接把超級(jí)電容和電池兩個(gè)并起來(lái)，不用任何的DCDC，它的問(wèn)題就在于，由于超級(jí)電容它的工作范圍是可以比較寬的工作電壓，如果你用電池并上來(lái)之后，超級(jí)電容的能力就得到了限制，就沒(méi)有發(fā)揮超級(jí)電容的能力。比如本來(lái)超級(jí)電容可以這個(gè)工作電壓工作到這個(gè)點(diǎn)，范圍比較寬的，SDC范圍也比較寬，但是并上之后范圍變的非常窄，花了很多錢(qián)把超級(jí)電容放在車上但是很難發(fā)揮效果，這也是不合理的。
還有一種構(gòu)型是只用超級(jí)電容，實(shí)際上大概在三年前，兩年前，在我們國(guó)家補(bǔ)貼政策調(diào)整之前，對(duì)我們新能源的大客車，尤其是混合動(dòng)力的大客車，大概有一半是用這種構(gòu)型。為什么呢?因?yàn)檫@種構(gòu)型當(dāng)中，超級(jí)電容可以很好的發(fā)揮充換電的效率很高，倍率也很高，耐低溫的性能也很好，耐久性，尤其是循環(huán)壽命跟電池，比電池高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，所以超級(jí)電容的這種構(gòu)型在我們主流的混合動(dòng)力當(dāng)中是占有主流位置的，大概有一半是用這種超級(jí)電容的構(gòu)型。它加速過(guò)程當(dāng)中，可以通過(guò)APU很好的補(bǔ)充電量，所以動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性做的都很好。但是問(wèn)題就在于，國(guó)家補(bǔ)貼政策調(diào)整之后，要求這個(gè)車的純電續(xù)航里程必須達(dá)到40-50公里，超級(jí)電容能量存儲(chǔ)密度非常的有限，存不了那么多電，所以這個(gè)方案必須要做改進(jìn)。這是我們對(duì)各種方案做的一個(gè)評(píng)估的結(jié)果，我們從成本、耐久性、系統(tǒng)的效率、能量密度、功率密度以及可靠性，還有控制的復(fù)雜程度幾個(gè)對(duì)各種構(gòu)型做相應(yīng)的評(píng)價(jià)和打分，這個(gè)得分，像用兩個(gè)DCDC，同時(shí)有電容和電池的，它的成本是最高的，因?yàn)槟阋獌蓚€(gè)DCDC，而且這個(gè)DCDC的容量是比較大的，電池和超級(jí)電容充換電的容量有多大，DCDC就得選多大，所以得分是最低的，成本最高。那么對(duì)于單獨(dú)用超級(jí)電容的話，它的成本是最低的。然后類似的你可以作出相應(yīng)的比較，最后我們來(lái)看得分的情況。顯然這個(gè)地方只用超級(jí)電容除了一項(xiàng)指標(biāo)是最低的，就是能量密度，其他的指標(biāo)，包括成本，循環(huán)的壽命，充換電的效率以及能耗的密度、耐久性、復(fù)雜的程度都是最好的，這就是為什么大家最后一弄一半都是基于超級(jí)電容的混合動(dòng)力得到了實(shí)際的應(yīng)用，而公交公司的評(píng)價(jià)也很不錯(cuò)。
下面的問(wèn)題就來(lái)了，如果我們要做插電式混合動(dòng)力的話，我們要用怎么樣的構(gòu)型呢?就提出新的構(gòu)型，這種構(gòu)型是沒(méi)有采用一個(gè)主動(dòng)的DCDC，而是再是采用一個(gè)半主動(dòng)的，二極管把電池和電壓隔開(kāi)了，二極管的成本非常低，同時(shí)有單相的DCDC，只允許能量從超級(jí)電容流到電池這邊。這樣有第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，我們?nèi)∠藘蓚€(gè)主功率源和動(dòng)力源輸出端的DCDC，每個(gè)儲(chǔ)能裝置充電效率不會(huì)受到折損，同時(shí)考慮能量回收超級(jí)電源充滿的話，單相DCDC可以打開(kāi)，持續(xù)往電池里面充電，也就是說(shuō)能量回收的效率也可以得到保證，而這樣的話我們?cè)賮?lái)評(píng)價(jià)一下，它的得分是可以放在第二位的。在能量密度這一塊得到很大的改善，在其他方面跟純電動(dòng)相比還有點(diǎn)，但是整個(gè)得分是排在第二名的，這就是我們現(xiàn)在在行業(yè)里，在主流推廣的叫復(fù)合儲(chǔ)能，現(xiàn)在像宇通，株洲南車時(shí)代電動(dòng)主流產(chǎn)品用的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)。
下面我們對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)型研究清楚了，參數(shù)做一個(gè)研究。怎么樣配置相應(yīng)的動(dòng)力電池和超級(jí)電容各自要選多大的容量，他們工作電壓怎么匹配，對(duì)整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的效率就是最佳呢?我們做了相應(yīng)的研究，這里就涉及到定量的研究需要建立相應(yīng)的模型。包括電池的熱模型，為什么要把超級(jí)電容跟電池復(fù)合在一起，有一個(gè)很重要的原因，就是電池對(duì)熱更加敏感，低溫的時(shí)候充換電都不行，溫度高了充換電也不行，為什么?涉及到安全性，所以這里怎么樣對(duì)電池?zé)徇M(jìn)行管理，這里我們進(jìn)行了相應(yīng)的研究。還有一個(gè)電池你充換電的時(shí)候會(huì)衰減，衰減的速度跟你充換電的倍率也是相關(guān)的，這里我們也做了相應(yīng)的研究，當(dāng)然也涉及到整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)能量管理算法，用什么樣的能量管理算法。
最后來(lái)看結(jié)果，這個(gè)結(jié)果就是如果我們電池和超級(jí)電容配好了的話，你可以看到，這個(gè)是電池的衰減速度，值越大的話，容量衰減的速度就越快，你可以看到有用超級(jí)電容和不用超級(jí)電容衰減速度是明顯不一樣的。最后看整個(gè)成本，我們有三種不同配比的方案，這里比如說(shuō)超級(jí)電容的成本大概是1.3萬(wàn)、2.5萬(wàn)和12萬(wàn)，也就是一個(gè)很小的超級(jí)電容，一個(gè)稍微大一點(diǎn)的超級(jí)電容和很大的超級(jí)電容，你可以看到對(duì)整個(gè)，這地方改善不是很大了，可以看到電池容量損失，我們明顯取得了很重要的下降。最后的壽命可以看到，我大概用對(duì)10萬(wàn)塊錢(qián)左右的電池系統(tǒng)，我只需要加一個(gè)2萬(wàn)塊錢(qián)左右的電池，最后能夠使得電池的壽命延長(zhǎng)66%，這個(gè)是非常顯著的效果。基本上把電池的壽命可以增加到66%的效果，而且我超級(jí)電容的錢(qián)花的是比較少的。相應(yīng)研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在雜志上面。
我們的研究結(jié)論是什么呢?對(duì)于像城市公交這樣的大客車，尤其是在北方冬天要涉及到零下運(yùn)營(yíng)的大客車，最好是采用同時(shí)帶有超級(jí)電容和電池的復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，超級(jí)電容它的作用是能夠提高能量回饋的效率，改善整個(gè)車輛的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)有效的降低電池衰減的速度，這樣必須有足夠量的電池才能保證40公里的耐久性，電池的壽命可以明顯的提高和延長(zhǎng)，這就是我們的研究結(jié)果。謝謝大家。
