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Maxwell超级电容器引领汽车启停技术发展
2014年11月05日 18:49    来源:Maxwell科技公司
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全球汽车保有量不断提升,但另一方面,新生产的汽车的尾气排放并没有显著地降低。根据美国环境保护署 (EPA) 提供的数据显示,在2013年生产的车辆中,仅有5%能够达到日趋严格的2025年 CO2 排放目标要求。车辆在城市高峰拥堵期的走走停停不可避免,不仅增加了燃油的消耗,同时也提高了 CO2 排放。这使得由于大量汽车行驶而导致的空气环境问题更加突出。
如果能在汽车短时停止运动时,停止发动机的运行;之后再迅速启动发动机,则可以避免汽车在静止时发动机怠速而导致的燃油消耗和 CO2 排放。实际运行数据表明,这样的启停技术可有效地节约燃油损耗:典型值为6~8%。而在拥挤的交通条件下,启停技术加上制动能量回收则可以节约16~18%的燃油。
鉴于启停技术能有效地节约燃油,减少 CO2 的排放,因此启停技术受到越来越多汽车厂家和用户的青睐。以 BSG 启停系统为例,它启动快速且声音小,因此被广泛地应用在汽车上。但快速的启动发动机意味着汽车的启动电流很大:其瞬时电流可高达 1000A。这么大的电流会导致系统电压大幅跌落。以图1的某实际工况为例,启动时的最大电流超过 800A,对应的电压系统的电压跌至 7V 左右。过低的电压会影响到车载电子设备的正常运行。因此确保汽车在重新启动时电压的稳定是实现启停技术的一个关键。
德国的大陆公司 (Continental) 联手美国的 Maxwell 科技公司 (Maxwell Technology),开发出针对汽车启停的电压稳定系统 (VSS),有效地解决了汽车在启动时的电压跌落问题,保证了车载系统的电子设备的正常工。
VSS 采用 Maxwell 的两个 1200F 超级电容器单体。平时这两个串联的单体和电池是分开的。当汽车启动,电流过大或电压降过大时,则超级电容器投入运行,和电池串联。这样就能抬升,稳定整车的系统电压,并能够提供更大的启动电流,使启动过程更快地完成。
图1比较了采用 VSS 和无 VSS 的启动情况。由该图可知,VSS 有效地维持了电压的稳定:系统电压在启动时的最低电压仍超过了 10V;此外启动快速:只需大约 500ms 而不是之前的1s左右的时间。

VSS对发动机启动的性能改进
图2为 Maxwell 科技公司提供的用在 VSS 上的两个串联的 1200F 超级电容器单体。超级电容器内阻小,因此非常适合用于大电流启动,在稳定电压的同时提升启动速度。此外,超级电容器的运行温度范围广,最低可至-40摄氏度,因此采用了超级电容器的 VSS 可在宽广的温度和地域范围上使用。超级电容器还有一个重要特点,其寿命很长,典型的循环使用寿命可达1百万次。其免维护的特性使得它的使用成本非常低,因此这也成了 VSS 采用超级电容器的一个重要原因。
Maxwell 科技公司作为超级电容器行业的领军人物,在研发、技术、生产、制造、市场和应用等方面遥遥领先其竞争对手。有别于其他公司的湿法电极制造方法,Maxwell 的干法电极保证了其生产的超级电容器具有更长的寿命和更高的可靠性、稳定性,以及更好的机械抗振性能。Maxwell 的超级电容器广泛地运用在各个行业,产品经过了长时间的实际运行的检验,表现出来的优秀性能得到了广大用户的认可。因此,VSS 很自然地选用了 Maxwell 的产品。
采用了 Maxwell 科技公司超级电容器的 VSS 完善了启停系统,因此被广泛地用在了标致雪铁龙集团下的小汽车。目前全球已有超过1百万辆汽车装有 VSS。它们辅助启停系统,有效地节约了燃油消耗,减少了 CO2 的排放,为空气环境的改善作出了贡献。

Maxwell公司用于VSS的超级电容器单体
Maxwell 超级电容器在公交车,商用车和工程车的广泛应用
Maxwell 科技公司在汽车电动化的应用方面走在了业界的前列。除了用于电压稳定,超级电容器还能够释放电池无法比拟的大功率。因此超级电容器特别适合用于电气应用的大功率的能量循环利用。比如在城市混合动力公交车上,以中国为例,采用 Maxwell 超级电容器的客车已超过了一万辆。这些混合动力客车利用超级电容器回收制动能量,然后将之用于车辆加速,从而有效地节油达40%,并减少了尾气排放。
在商用汽车领域,Flextronics Automotive 公司采用 Maxwell 超级电容器设计了储能回收系统用于所有 Daimler Citaro 公交车。它能在车辆制动阶段,将刹车能量回收储存在超级电容器模块中,这部分能量可用于包括空调、内外部照明等车辆的配件负载。实际运行表明,采用了 Maxwell 超级电容器的 Daimler Citaro 公交车百公里可实现节油0.75-1.5升。
挖掘机、港口吊车、铲车等需要大量重复操作的非道路应用工程车对超级电容器的需求也在不断增长。以液压挖掘机为例,通过超级电容进行能量回收可大幅度地降低排放并减少维护工作量。
Maxwell 超级电容器在小汽车,公交车,商用车和工程车的成功和广泛应用,使我们有理由相信超级电容器在汽车未来的电动化路上将有更广阔的发展空间,对环境的改善和能源的节约发挥更大的作用。