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[導(dǎo)讀]阿特茲在同級車?yán)锼愕蒙鲜莻€(gè)“技術(shù)控”了。除了那個(gè)讓人耳朵起繭的創(chuàng)馳藍(lán)天以外,它的i-stop和i-ELOOP也都算是不錯(cuò)的“發(fā)明創(chuàng)造”。有人說了,那不就是自動啟停和制動能量回

阿特茲在同級車?yán)锼愕蒙鲜莻€(gè)“技術(shù)控”了。除了那個(gè)讓人耳朵起繭的創(chuàng)馳藍(lán)天以外,它的i-stop和i-ELOOP也都算是不錯(cuò)的“發(fā)明創(chuàng)造”。有人說了,那不就是自動啟停和制動能量回收嗎?是,也不全是。例如i-stop的點(diǎn)火式啟動就很有創(chuàng)意。而在這里我們真正想說的是它的i-ELOOP。它與目前主流的制動能量回收系統(tǒng)有一個(gè)非常大的不同,在于儲能裝置由電池變成了電容。

  電池儲能有啥不好的?

  目前主流的能量回收系統(tǒng)工作原理大同小異。我們知道,正常情況下,發(fā)電機(jī)是跟隨發(fā)動機(jī)一起工作的,并在發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為整車電氣系統(tǒng)提供電能,以及為蓄電池充電。所有這些能量,均源自發(fā)動機(jī)的正常工作,成為發(fā)動機(jī)的負(fù)荷之一,從而增加能耗。制動能量回收系統(tǒng),是通過發(fā)電機(jī)的逆變原理,搜集車輛無需動力輸出時(shí)(例如收油滑行、制動等時(shí)候)的剩余能量,達(dá)到節(jié)省能耗的目的。

  具體到工作方式。正常行駛時(shí)發(fā)電機(jī)不再工作,即不成為發(fā)動機(jī)的負(fù)載。電氣系統(tǒng)由蓄電池供電。在收油滑行及踩下制動踏板工況出現(xiàn)時(shí),發(fā)電機(jī)逆變發(fā)電,既有效利用滑行慣性,又能起到制動效果,一舉兩得。這種剩余能量轉(zhuǎn)換成電能后存儲在蓄電池中,供加速時(shí)為整車提供電能使用。如此一來,理論上可以做到發(fā)動機(jī)無需再主動為發(fā)電機(jī)提供能量,整車電氣系統(tǒng)的能量全部來源于剩余能量的回收。不僅起到了節(jié)能的效果,而且還能在加速時(shí)減小發(fā)動機(jī)負(fù)荷,提升動力性。

  然而,這個(gè)看上去很美的過程有兩個(gè)問題:

  1.制動能量回收,能夠產(chǎn)生的電能其實(shí)是很大的(這個(gè)通過直觀理解就不難判斷),而電池充電卻需要時(shí)間。此時(shí)瞬間產(chǎn)生的大量電能,只能有很小一部分能夠“充進(jìn)電池里”,其他仍然白白浪費(fèi)掉了。以至于雖然制動能量遠(yuǎn)大于需要充電的能量,但仍有可能導(dǎo)致電池虧電。此時(shí)系統(tǒng)就不得不仍舊在加油狀態(tài)下啟動發(fā)電機(jī),從而增加能耗。

  2.鉛蓄電池是在頻繁充放電的過程中是會“折壽”的,因此這種能量回收系統(tǒng)會縮短蓄電池的使用時(shí)間,或者增加蓄電池的更換成本(為了延長使用時(shí)間而選用性能更好的蓄電池)。這些額外的開銷,都與節(jié)能=省錢的初衷相違背。

  超級電容是個(gè)什么東西?

  阿特茲的i-ELOOP對應(yīng)的儲能裝置不是電池,而是雙層電容。雙層電容是超級電容的一種。馬自達(dá)為何用它,為何之前車子上沒見過這玩意?

  電容的優(yōu)點(diǎn)是什么?

  首先是充電速度超快,別管多大容量,只要電流夠,一兩秒搞定沒問題。打個(gè)比方,如果手機(jī)電池?fù)Q成電容,每天在充電器上插幾秒鐘就充滿,這是什么感覺?其次是耐充,幾十萬次沒問題,而且能量不衰減。幾十萬次什么概念?按照平均水平一天沖放電20次,能用50年以上!第三是放電速度極快,或者說能夠承載的功率高,這也是電池所不能比的。第四,效率高。由于是物理變化,它的能量轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)非化學(xué)變化的電池可比。

  看起來十分完美對嗎?但普通的電容有個(gè)致命缺點(diǎn):容量極小。這從它常用的單位微法就能看出來。1微法只有1法拉的百萬分之一。而1法拉有多少電?0.638毫安時(shí)而已。我們常見的五號充電電池多少毫安時(shí)?2500毫安時(shí)不算高的。折算一下,相當(dāng)于一個(gè)五號充電電池的電能,與40萬個(gè)一萬微法的電容相當(dāng)。這樣的電容顯然不能為車輛儲能。

  超級電容與普通電容截然不同,它通過極化電解質(zhì)來實(shí)現(xiàn)儲能,但同時(shí)與電容一樣屬于物理變化而非電池那樣的化學(xué)變化。這個(gè)有趣的原理,使得它的特性介于電容和電池之間,或者說集合了二者的優(yōu)點(diǎn)。它在充放電速度、耐沖性和放電特性上與電容完全一樣,同時(shí)容量卻有了質(zhì)的提升。以目前研發(fā)的情況看,其比能量已能達(dá)到鉛蓄電池的水平。

  這樣一來,超級電容就有具備了被應(yīng)用在車用儲能上的可能。結(jié)合阿特茲的i-ELOOP,我們不妨具體看看它的優(yōu)勢所在。

  在收油或踩剎車的過程中,特制的發(fā)電機(jī)可以產(chǎn)生足夠大的電能在幾秒鐘之內(nèi)就將這個(gè)超級電容充滿。然后在加速過程中,發(fā)電機(jī)不工作,超級電容為所有的電氣系統(tǒng)提供電能。如果超級電容用完了還沒有充電機(jī)會(例如一直加油),蓄電池還能協(xié)同工作。然后只要又一次幾秒鐘的收油機(jī)會,超級電容又會立刻“吃飽”。此時(shí)它除了給電氣系統(tǒng)供電以外,還能慢慢釋放電能為蓄電池充電。如此二者協(xié)調(diào)搭配,可以做到完全無需用發(fā)動機(jī)正常工作的能量來發(fā)電,實(shí)現(xiàn)最理想的能量回收。從官方說法來看,這套系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)10%的油耗降低。而寶馬對于其制動能量回收系統(tǒng)給出的數(shù)據(jù)是3%。雖然有標(biāo)準(zhǔn)差異,但也折射出兩種技術(shù)的節(jié)能率是不一樣的。

  或許有人問:既然超級電容比能量接近蓄電池,而且有這么神,為何還要蓄電池,豈不多此一舉?這就不得不提到超級電容的缺點(diǎn)——自放電速度比電池快得多,通俗的說就是“存不住電”。如果不用蓄電池,只怕車停個(gè)幾天就打不著火了。

  超級電容的特性完全適用于混合動力

  充電快、耐充電、能量轉(zhuǎn)換效率高,同時(shí)存在高自放電的特性,這種儲能裝置更適合誰?沒錯(cuò),就是混合動力。目前混合動力技術(shù)的電池部分,其實(shí)也存在著類似的問題。即便像普銳斯這樣的高手,其吸收制動能量的比例仍然是很低的。大量的能量還是被轉(zhuǎn)換成熱能白白喪失掉了。而像阿特茲這種,由于回收的能量只是提供電氣系統(tǒng)所用,其回收率同樣很低。如果混動車型采用更大容量的超級電容來實(shí)現(xiàn)對制動能量的回收,其節(jié)能效果將非??捎^。與此同時(shí),買車者也不必為昂貴的電池壽命有所憂慮。

  之所以這種儲能裝置在汽車上遲遲未能應(yīng)用,主要還是源于其幾項(xiàng)缺點(diǎn)。一個(gè)是安全性,過快的放電速度和過低的內(nèi)阻,如果設(shè)計(jì)不好的話,本身就蘊(yùn)含著“能量突然大爆發(fā)”所隱藏的風(fēng)險(xiǎn)。二是較低的工作電壓,制約了它在驅(qū)動汽車上的應(yīng)用。不過這些都不是死穴。隨著技術(shù)的進(jìn)步,這些問題都可以解決。畢竟它的優(yōu)勢實(shí)在是太誘人了。事實(shí)上,豐田已經(jīng)研發(fā)出了采用超級電容的混動車型,其核心訴求是節(jié)能、節(jié)能、再節(jié)能。而寶馬與豐田聯(lián)合研發(fā)的超級電容混動超跑,則看重了它的高放電速度——可以盡情地為其配備高功率電機(jī),其瞬間迸發(fā)的能量,可以達(dá)到類似“氮?dú)饧铀佟钡纳衿嫘Ч?/p>

  小結(jié):

  當(dāng)我們將目光總盯在鋰電池的時(shí)候,超級電容這個(gè)優(yōu)秀的儲能裝置卻一直被人所忽略。事實(shí)上它不光適合于以上所說的這些技術(shù)。發(fā)散一下思維,未來它變成了純電動車的解決之道也說不定。雖然以目前看,其高自放電特性的確不適用于純電動車,但別忘了它的超快充電特性——充電時(shí)間可能比加油時(shí)間還要短,而且沒有壽命問題。如果未來它的比能量進(jìn)一步提升,電壓特性更好,然后再與電池結(jié)合起來,會是個(gè)什么效果?

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