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當插電式混合動力汽車 (PHEV) 在今年晚些時候開始上路時,大多數駕駛員在不駕駛時會插入普通的 110 伏插座,以便涓流充電來恢復汽車電池的壽命。這是否是一個可行的模式是一個懸而未決的問題,一些消費者擔心涓流充電可能不夠快,無法在兩次行程之間充分地為電池充電。在沒有充電電池的情況下,PHEV 依賴於其內燃機,這正是混合動力汽車駕駛員想要避免的。
為了解決這個問題,美國能源部田納西州橡樹嶺國家實驗室 (ORNL) 的一個研究團隊開發了一種原型系統,他們表示該系統可以將從家用電源插座充滿電所需的時間縮短 10 倍——從大約 8 小時縮短到大約 45 分鐘。好訊息是,駕駛員將能夠使用提供 240 或 220 伏電壓的插座來獲得這種快速充電水平。這種適應更高電壓和電流的能力意味著電池可以以大約 20 千瓦的功率充電,而不是 110 伏插座可能提供的 2 千瓦。壞訊息是,駕駛員必須升級他們的家庭電氣系統以適應 240 伏或 220 伏的插座,如果他們還沒有插座來執行乾衣機或其他電器的話。
插電式混合動力汽車使用牽引驅動電力電子系統,透過向汽車的車輪提供動力來推動汽車前進,並且有一個充電器,用於在插入電網時為高壓電池充電。牽引驅動系統通常由一個升壓轉換器(當電子電路需要比電池單獨提供的更高的工作電壓時,該轉換器會升高電壓)、兩個逆變器(將直流 (DC) 電壓轉換為交流 (AC))和提供動力的電動機組成 (pdf)。
ORNL 的原型驅動系統具有相同的元件,但使用逆變器從插座為電池充電,從而無需單獨的充電器,並使汽車能夠更快、更高效地充電,ORNL 電力電子和電機研究中心的高階研究工程師 Gui-Jia Su 說。Su 表示,儘管大多數 PHEV 中的獨立車載電池充電器對於慢速充電(2 千瓦)僅需 300 美元左右,但 ORNL 的技術還能夠取代快速充電的 20 千瓦充電器,而這些充電器的成本可能高達數千美元。
新系統還旨在允許 PHEV 將其電池用作儲能裝置,使汽車能夠在電網有剩餘電力時(例如在非高峰時段)將電能儲存在電池中,並在電網需要更多電力以滿足高峰需求時將其剩餘能量回饋給電網,Su 說。
加州大學戴維斯分校機械和航空工程教授 安德魯·弗蘭克 說,ORNL 建議使用逆變器為電池充電,而不是使用單獨的車載充電器。這個想法是使用逆變器控制器為電池充電。他承認,這樣的系統也可以用來從汽車獲取能量,並用它來為房屋供電或將其返回電網。
但是,ORNL 技術的市場很難打入。AC Propulsion 是一家位於加利福尼亞州聖迪馬斯的電動汽車驅動系統製造商,在與 特斯拉汽車 合作時發現了這一點。這家電動汽車製造商最初獲得了 AC Propulsion 的驅動系統設計和還原充電專利的許可 ,但後來開發了自己的這些技術的版本。弗蘭克說,主要的汽車製造商可能會採取相同的路線,開發自己的技術。
儘管 ORNL 提出的系統將允許 PHEV 製造商省略他們目前安裝在汽車上的車載充電器,但第一代 PHEV 並不適合高速充電,弗蘭克說,他也是 Efficient Drivetrains, Inc. 的創始人,這是一家加州大學戴維斯分校的初創公司,為電動汽車和混合動力汽車設計能量管理系統。“快速充電的問題之一是,你用於為電池充電的功率越大,充電系統的效率就越低,並且會浪費大量功率,”他說。“出於這個原因,你真的想為 PHEV 使用涓流充電系統,否則你就是在浪費電力,更不用說浪費金錢了。”
ORNL 的技術可能對純電動汽車(例如即將推出的 日產 Leaf 或 福特 Focus RV)產生更大的影響,它們沒有內燃機可以依賴,這意味著耗盡的電池需要快速充電才能使汽車實用。
能源部喜歡這項技術的潛力,自 2008 年以來已向 ORNL 的專案投資了 130 多萬美元。現在,研究人員正在尋求將其驅動系統授權給一家可以將其商業化的公司。Su 說,包括 Raser Technologies(驅動系統製造商)和 MBtech(為汽車行業提供工程和諮詢服務)在內的多家公司對該系統表示了興趣,儘管他們尚未討論該技術如何融入這些公司現有產品的細節。