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2016-12-09

汽车工程师 2016年6期
关键词:气缸成型电池

锂电池内部反应不均现象可视化

京都大学宣布:实现了锂离子电池内部反应不均匀现象的可视化,并查明了该现象发生的原因。

研究人员在检测混合物电极内截面方向的反应不均匀现象时,使用了二维X射线吸收光谱成像法。这种方法利用伴随锂离子进出的过渡金属的氧化还原来估测电极活性物质的离子价,显示充电情况的指标。通过对组分相同但电池性能不同的混合物电极进行比较发现,在缝隙(孔隙率)大的电极发生的反应均匀,而对于孔隙率小的电极,是先从电极和电解质的界面发生反应,内部出现了明显的不均匀性。

另外,研究人员还开发出使用6个端子分离测量混合物电极中的电子和离子电导率的检测方法,并进行了实际测量。结果显示,在混合物电极中,与电子电导率相比,离子电导率非常小,如果孔隙率小,离子电导率还会进一步缩小。这些情况说明,在锂离子电池的混合物电极中,离子导电极有可能受到了速率控制,反应的不均匀性是性能支配因素。

因为反应的不均匀性在大型电池中表现得尤为明显,所以,该研究成果可以应用于车载锂电池等的设计。二维X射线吸收光谱成像法和电子及离子导电率分离检测法也有望作为混合物电极中发生的现象的分析工具,得到广泛应用。

本田推活塞可变行程技术

本田注册了一个新发动机专利,其最大的特点是具有活塞可变行程,使得每一个气缸能够有着不同的工作表现。

对于一台2.0 L 4缸发动机,它的每一个气缸大小应该都是500 cm3,要使气缸能够按需工作,那么根据气缸工作的个数,只有500,1 000,1 500,2 000 cm3这4种情况。而新的发动机技术能够通过曲轴半径的变化让每一个气缸活塞拥有不同的行程,这样就使得每一个气缸在不同的“排量”下运行,据悉其将提供多达15种不同的组合,即同样的这台2.0 L 4缸发动机如果应用该技术则有15种不同的表现。从新专利的描述来看,其可以在直列2缸、3缸、4缸以及V6发动机上应用。

博泽致力打造轻量化座椅骨架

采用智能化材料,博泽打造出业内少有的轻量化座椅系统。其支撑管和侧板由高强度钢制成,而电动座椅调节器的大多数金属部件已由塑料部件代替。整个座椅骨架的质量不足15 kg,比同类竞争产品大约轻20%。

博泽座椅以灵活的模块化设计为基础,综合采用了标准零部件与定制零部件。凭借这一点,博泽可满足双方客户的不同需求。该款座椅骨架有全电动和半电动类型,可实现多达16向调节功能。而全配版本的座椅更带有电动腰部调节器,可提供按摩功能。

续航超500 km的60 kW·h电池组

日产汽车在“人与车科技展2016”上展出了将电池容量提高到60 kW·h的纯电动汽车(EV)用锂离子电池。配备该电池,日产的 EV“LEAF”(聆风)在JC08模式下的续航里程将达到500 km以上,实际续航里程也可能接近400km。

此次的电池为参考展出,长度和宽度都跟LEAF目前配备的电池相同,高度增加。现行的30 kW·h电池是将8个积层型电池单元重叠成一个模块,放入金属盒子中再堆叠到一起。而此次展出的60 kW·h电池是将电池单元放入树脂盒子中简单层叠而成,电池的正极材料仍采用NMC(镍锰钴)系,通过改进负极材料提高了容量。另外,通过减少电池的内部电阻,尽管容量增加,快速充电至80%的时间为30 min,与原来一样。

新型智能传感器提高汽车座椅安全性

大部分汽车都会在座位配备乘客分类系统(OCS)的电子传感器,来判定是否有乘客坐在其中,以便发生意外时做出相应的安全措施。但这种传感器仅靠质量作标准并不准确,不时会误发安全带警报信号,或弹出大小不合适的安全气袋。为让汽车座椅更加安全,美国加州科技产品制造公司研发出一款新型的智能传感器。

该款安全椅以防水耐用纤维制成,可安装于任何大小和形状的座垫下。其内置的OCS传感器,可辨别出乘客的身型大小、质量,甚至判断他们是在做身体前倾后倾、左右行动,还是跷起二郎腿等动作,同时还能分辨出放在座位上的是否为儿童汽车座椅,确保不会误鸣警报。

异种材料结合的轻量化CFRP传动轴

日本藤仓橡胶工业公司开发出了轻量化出色的汽车传动轴“CFRP制扭矩传递轴”,与全钢制成的传动轴相比,新型传动轴的质量从2 kg降至1 kg。该传动轴分为两端部和中央部3个部件,两端为钢制部件(短轴),为实现轻量化,中央部使用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)制成的管件。因此,CFRP制管件与短轴之间要实施异种材料接合。首先在短轴上切割出花键(细齿),压入CFRP制管件。然后,为了掩盖短轴与CFRP制管件的接合部,覆盖钢制外壳,并用环氧类粘合剂接合。这样便使强度达到了与钢制传动轴同等的水平。为了能够承受大扭矩的传递,同时开发了名为“同时多层卷绕”的预浸料(碳纤维树脂含浸片)卷绕方法,使新型传动轴的扭曲强度提高了20%。

日产研发超环保生物乙醇燃料电池

依靠固体氧化物燃料电池(SOFC)技术,日产正在研发生物乙醇燃料电池。首先,将100%的乙醇或水溶乙醇在重整装置(reformer)中跟空气混合,然后将生成的氢气通往固体氧化物燃料电池堆(SOFC stack),此时,氢气跟氧气结合生产为电池提供的电能。

这套全新的能源系统能让汽车实现跟汽油汽车一样的里程数,一次续航最长可达595 km。另外,它还有助于碳中立,由汽车产生的CO2能够被用于生产乙醇的CO2抵消掉。

日产认为,这种技术的成本将会维持在低位,因为水溶性乙醇的贮存成本要远远低于氢气,并且它的安全性也要比后者高。

eGearDrive®变速系统+电机综合解决方案

为提高HEV和EV发动机的效率,博格华纳研发了eGearDrive®变速系统与高压发卡式缠绕(HVH)技术的电机整合起来的高效系统。eGearDrive®变速系统专为新兴的高压电动汽车市场设计,可应用于不同种类、不同能效比的电机。该技术采用高效的斜齿轮传动,具有降低噪声、提高行驶里程的特性,从而降低对汽车电池的蓄电要求。这一结构紧凑的轻质系统将eGearDrive®变速系统与电机集成,实现高扭矩特性和最大91%的能效比。系统还可选配ePark装置(具备电子控制单元(ECU)和CAN功能的电子执行驻车锁定系统)。eGearDrive®和集成发动机系统采用无泵设计,利用齿轮箱的自动泵油特性,实现轴承和密封件的自动润滑功能。该系统中的集成式电机采用专利HVH定子绕组,保证优化的燃油效率及领先业界的扭矩和功率密度,在兼具性能和寿命的同时,还具有应用广泛的优势。

适合EV与HEV的功率半导体热可靠性测试装置

美国明导国际(Mentor Graphics)面向纯电动汽车(EV)及混合动力车(HEV)用IGBT及MOSFET等功率半导体,推出了用于热分析及热可靠性评测的测试装置“MicReD Power Tester 600A”。不仅可通过循环测试进行寿命评测,还可以根据热阻和热容量的关系求出构造函数,与该公司的热流体模拟软件“FloTHERM”配合使用,能够提高模拟精度。

与之前的“MicReD Power Tester 1500A”相比,此次的产品改进方面有:1)增加了可以检测的器件数量。原来每台最多只能检测3个器件,而此次则每台可以检测16个。2)将电源能力调整到与EV、HEV用功率半导体相适合,将电流由1 500 A降低到了600 A。每台装置有2个300 A电源,每个电源串联8个器件。电压最高为48 V。3)追加了使用实测的构造函数、热传导率、界面热阻及比热容等参数来自动校正热流体模拟数据的功能。由于可以反映功率半导体产品的不均匀性等,因此模拟误差可从20%降至0.5%以下。

此外,此次的产品还省去了原机型设在装置端的冷却部件。明导称,这是因为多数情况下IGBT模块会附带冷却部件,或者由用户方准备冷却系统。

福特发明发动机假声技术

现在汽车的发动机普遍比较安静,噪声低,福特发明新的发动机假声技术,通过电子设备模拟发动机声,当驾驶员加速时,就能听到明显的发动机声。福特称此举有助于驾驶者更高效地换挡。福特还为此技术申请了美国专利,如果专利申请成功,有望鼓励更多制造商采用这项技术。福特野马的V8发动机将首次使用该技术。4缸发动机声将出现在2缸发动机汽车中。

现代-起亚研发出新款T-GD“Kappa”发动机

现代汽车韩国南阳研发中心研发出新款1.0 L T-GDi“Kappa”3缸发动机。

该发动机使用了较重的铁制缸套,但高压压铸(HDPC)铝制气缸体帮助降低了质量。同时,气缸体的阶梯状构造也帮助提高了结构稳定性。其他的减重措施还包括:将正时传动盖和发动机支撑架进行整合,以及降低活塞压缩高度。为了降低运行摩擦并提高耐用性,新款3缸发动机的活塞裙加入了二硫化钼,活塞油环由氯化铬制成,同时采用了为现代Tau系列发动机研发的物理蒸镀技术。

Kappa气缸盖通过直形进气口进气,直形进气口的尾端有一个覆缘进气阀,可以加速气流扰动,提升燃烧速度,改善爆震抑制性能,并提升最低扭矩。为了提高催化剂快速起燃性能,发动机也装配了一个集成的排气歧管。该发动机使用了单螺旋涡轮和一个电动排气阀,每个喷油嘴都配有6个激光钻孔,成金字塔形排列,可以优化燃料在燃烧室的扩散效果,喷嘴的最高喷射压力可达20 MPa。

2个恒温器可以帮助气缸体和气缸盖分别制冷。气缸盖恒温器在88℃时开启,以避免爆震;气缸体恒温器在105℃时开启,以减小机械摩擦。

可减少涂装工序的汽车外板用CFRP成型技术

日本东丽开发出了可减少涂装工序的汽车外板用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)成型技术“A-Coat”。只需用模具实施成型,即可获得表面品质优秀的CFRP成型品。利用该技术可省去涂装工序中的底漆和里漆工序。设想用于车顶及发动机罩等。

新成型技术采用树脂传递模塑(RTM)法。先对碳纤维织物实施预成型,制造产品形状的预成型件,然后将预成型件装入模具,含浸环氧树脂,然后硬化。新成型技术通过改进织物、成型条件及环氧树脂,提高了表面品质。

利用以往的RTM法加工外板用CFRP时,成型后的涂装处理需要7道工序,而利用新成型技术,成型后的涂装工序仅需2道,工序数量的减少抵消了为提高表面品质而增加的成本,因此新技术的成本“与原来基本保持不变”。

Intersil推出HUD用激光二极管驱动器

创新电源管理与精密模拟解决方案领先供应商Intersil公司宣布,推出用于汽车平视显示器(HUD)系统的激光二极管驱动器“ISL78365”。此款高度集成的器件可驱动4个高强度激光二极管的高达750 mA的最大电流,用于将全高清(full-HD)彩色视频投射于挡风玻璃上,其电流是竞争对手解决方案的近2倍。ISL78365所具备的更大电流和更快的开关速度使其可以帮助HUD实现高分辨率、高色彩深度和高帧率投射。

铝空气化学电池应用于电动汽车

Phinergy与Alcoa公司合作,展示了铝空气电动车电池技术。2家公司表示,新技术可作为电动车的行驶距离延长装置,搭配小型的传统锂离子电池使用。铝空气电池的每片铝板能提供约32 km的行驶距离,而总共有50片铝板的电池,一次充电可提供长达约1 600 km的行驶距离。

现在市面上的锂离子电池能量密度典型值仅 150~240 W·h/kg,电池组的能量密度也不如铝空气电池;而锂离子电池的价格则在300~450美元/kW·h。Phinergy创办人表示,该公司目前开发的铝空气电池组能量比是300 W·h/kg;公司的终极目标是打造1 000 W·h/kg能量比的电池组,价格将低于100美元/kW·h。如果Phinergy的目标能达成,将会是超越目前锂离子电池的一大技术进步。

本田展出轻量化铝合金副车架

本田在“人与车科技展2016”上展出了在轻量化方面表现出色的铝合金制前副车架。

该副车架采用铝压铸法加工而成。其关键在于为获得中空封闭截面而使用的模芯。副车架是大尺寸部件,因此向模具中注入铝合金熔融液时的压力较高。为了承受这一高压,并在铝压铸品成型后容易排砂,在砂模表面实施了涂层处理。而原来的铝合金制副车架很难制作模芯,只能利用实心结构的铝压铸法来制造。新型铝合金制副车架的质量比原来轻20%,平均壁厚为3 mm左右。不过,该方法的成本要高于原来实心型的铝合金制副车架。

马自达开发转动方向盘微调速度技术

马自达公司宣布已开发出转动方向盘可自动微调速度从而实现稳定行驶的技术。改变汽车前进方向时的方向盘操作也仅需原先的一半。

新技术的特点是把方向盘和发动机通过电子系统连接。在转弯时若快速打转方向盘,就会以驾车者无法感觉的程度略微减速并把质心向前移,让汽车更稳定;转弯结束时若开始回正操作方向盘,速度就会恢复,确保行驶稳定性。这能使驾车者不易感到疲劳,也能减少车身摇晃,让乘客更加舒适。

据悉,马自达将以改良软件来应对新技术安装,因此几乎不影响销售价格。

标致雪铁龙新一代电动车技术

法国标致雪铁龙集团打造了新一代锂离子电池和充电器,旨在提高电动车续航里程,缩短充电时间。

未来,标致雪铁龙将为插电式混合动力车采用新电池组,其容量可达12 kW·h(轿车版) 和 13 kW·h(SUV版),达到当前插混车电池组容量的12倍;在功率上分别为80kW和90kW,较竞品高出20%~30%。上述电池适用范围为210~350V(轿车版)和240~400V(SUV版)。充电时采用3.3 kW车载充电系统,能够在4.5 h内充满电量。另一种6.6 kW快充系统,可以在2.5 h充满电量。

在纯电动车方面,新充电系统充满电量所需时间为8 h,可在90 min内提供100 km续航里程所需要的电量。家用快充系统则更能节约时间,30 min即可充入80%电量。换算下来,充电1 min能行驶12 km。

沃尔沃XC90采用GFRP板簧使后悬挂减重4.5 kg

沃尔沃新款SUV“XC90”的后悬挂通过采用GFRP(玻璃纤维强化树脂)制板簧,使悬挂整体的质量减轻了4.5 kg。

该板簧是在汉高公司的聚氨酯系热固性树脂中混合约50%(质量比)的玻璃纤维,利用RTM(树脂传递模塑)成型。这种树脂在高温下的黏度低,在RTM工艺的树脂注入工序容易渗透到强化纤维中。其固化速度也比环氧树脂更快,因此可缩短从树脂注入成型用模具到脱模的时间。这款板簧的成型时间约为3 min。另外,耐热性指标——玻璃转化温度为115℃,与环氧树脂基本相同。机械特性中,伸长率和韧性优于环氧树脂,拉伸弹性模量和抗拉强度与环氧树脂为同等水平。

大发新款1 L自吸发动机用仿直喷提高压缩比

大发工业与丰田汽车推出的经过全面改进的小型车BOON、PASSO配备了1.0 L排量自然吸气汽油发动机“1KR-FE”,在不采用直喷技术和电动化技术的情况下,以很低的成本将压缩比由原来的11.5提高到了12.5。最高热效率达到38%,燃效性能实现了28 km/L(JC08模式),同时还大幅提高了低速扭矩。

为了提高压缩比并提升热效率,在进气口为每个气缸都配备了2个喷嘴。目的是以很低的成本获得“仿直喷”效果。直喷的最大优点是,喷射之后汽油燃料会在气化时发生吸热反应,从而使缸内温度降低。即便提高压缩比,也不容易发生异常燃烧(爆震)。此次通过2个直喷喷嘴实现了接近直喷的冷却效果。

奥迪新型V6直喷涡轮增压发动机采用米勒循环技术

德国奥迪的新款V6涡轮增压汽油发动机“EA839”通过采用米勒循环技术提高了压缩比。其最高输出功率为260 kW,最大扭矩为500 N·m。与原来的“EA837”相比,输出功率和扭矩均得到提高,而且单位能源的燃料消耗量减少6%。

增压器由现行的机械增压器变为双涡流式涡轮增压器。采用将喷嘴配置在气缸中央附近的中央喷射式。燃料不容易附着在缸壁上,易于减少废气中所含的颗粒物。此外还采用了停缸机构。压缩比由原来的10.8提高至11.2。采用了提前关闭吸气阀的米勒循环,在保持膨胀比的同时,抑制实际的压缩比,不但抑制了爆震,还提高了热效率。

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