钛酸盐电池,正在全力加速

近日,英国闪电汽车公司推出一款名叫GT的电力跑车,其采用最新研发的钛酸盐电池,这种电池和一般的锂电池相比,其储存能量要远远大于锂电池,钛酸盐电池的耐热性很强,不易损坏,因此使用寿命很长,而且充电时间很短,只需要10分钟就能充满电能。斯巴鲁R1e、ZAP-X新款车都使用这种电池,预计这三款车将在2009年上市销售。

当我们刚刚拥有汽车,恋上汽车的时候,全球石油资源正在日益枯竭。于是,全球的汽车厂家纷纷投入巨资和力量来开发节能的、绿色的、低碳的、零排放的未来汽车。

南都记者 林憬文 “奥迪提出的可电力驱动、可持续利用战略是指,要寻求整个能源领域的平衡。”奥迪公司现任管理董事会主席鲁珀特·施泰德说。奥迪计划于2012年推出其首款小批量电动汽车。“奥迪电动汽车采用的是符合可持续原则生产的电能,为实现这一目标,我们正在支持太阳能和风能发电场的建设。”施泰德说。

ZAP-X是一款全电力驱动的SUV,是ZAP汽车公司和英国莲花公司共同研发的,其百公里加速时间为4.8秒,极速为248公里/小时。此外,还配置了钛酸盐电池,充电只需10分钟。ZAP-X还安装了轻量化的铝质底盘。在外观上,新车的进气格栅设计加入了莲花汽车的设计元素,处处体现美感。

谁能领跑未来汽车?3月29日,一汽大众奥迪品牌在广西举办“奥迪科技日”活动,首次向我们展示了奥迪未来汽车的最新成果。 科技日上,奥迪品牌向我们密集发布了最新的信息,让我们深深感受到,在未来汽车竞赛场上,“奥迪”正在全力奔跑:奥迪的混合动力车即将开始量产,到2012年底,第一辆运动型的奥迪e—tron电动车就会小批量生产并投入市场。

事实上,无论是传统汽车制造还是新能源开发,奥迪品牌走的是一条名为“模块战略”的路线,即将车身设计、动力系统等关键部件模块化,并搭载于不同的车型之上,寻求一条整合开发的道路。

这款车拥有全电动驱动性能,百公里加速不到4秒。它采用的钛酸盐电池可以在10分钟内完成全部充电任务。车上配备了电池冷却系统,可以帮助电池及时降温。此外,整车外观采用全碳纤维材质,动感而轻盈,并且融入了英式汽车风格,其售价为15万英镑,现在开始接受预定。

纯电动四驱跑车奥迪e—tron

电动车 适用一切场合的车辆

这款全电动车型最高时速为100公里/小时,整个行驶过程所需的能量来源于钛酸盐电池。R1e外形十分小巧、可爱,鲜艳的黄色、流线型的车身博得年轻人的喜爱,而且很适合城市路况。为了迎合黄色的外观设计,其内饰座椅、方向盘、手挡都加入了黄色,其售价约12.7万元。

科技日上,最具悬念的车型——纯电动四驱跑车奥迪e—tron吸引我们的眼光。

位于英戈尔斯塔特工厂西北技术开发区内,奥迪一个全新的电动汽车驱动系统开发测试中心投入使用,在过去两年的时间里,投资约6500万欧元,在现有的机械部件中心基础上扩建而成。

采访永备电池有限公司产品开发研究员李先生

电动汽车,摆脱了对石化燃料的依赖,同时不产生尾气排放,是人类做了一个多世纪,迄今仍未得以实现的美梦。奥迪e—tron向我们展现了多项颠覆性的未来轿车技术与设计理念。德国专家认为,电动车绝不是单纯的将动力总成电动化,电动车技术的成熟也不仅仅取决于电池技术的优化,而是要从车辆的每一个细节上重新设计,使各个部件在降低能耗上都毫无妥协。

新的办公楼的使用面积达14000平方米,可容纳340个办公桌和50个测试工作站。奥迪将动力系电气化相关活动的不同工作区域整合到同一车间———这一开发流程完全可以实现单一项目自上而下的整体研发。

Q:钛酸盐电池和一般锂电池、铅酸电池相比有什么优势?

奥迪e—tron的每个车轮单独配备了一台驱动电机,对称的布局在实现理想车身负载分配的同时,达到了绝对意义的四轮驱动效果。在性能表现上,能量惊人的高性能锂电池能够驱动e—tron行驶248公里,在启动瞬间即爆发出230千瓦最大功率,最大扭矩更达到惊人的4500牛·米。如此强大的扭矩输出让即使是12缸汽油发动机都相形见绌。e—tron由静止加速到100公里/小时仅需4.8秒,60至120公里/小时的加速时间为4.1秒。如此卓越的加速性能尽显奥迪纯电动车技术的巨大潜力,这款车将于2012年实现量产。

“奥迪电动车从本质上讲有两种实现路径”,奥迪产品开发部电力驱动开发总监表示,一种是完全混合动力车型,单纯依靠电力驱动最多行驶大约3公里,车上装载有一个高负荷蓄电池。另一种理念是使用一个高能量蓄电池以便远距离行驶,即插电式混合动力车,其属于增程型电动车,并且属于严格意义上的电动车。

A:锂电池、铅酸电池相比钛酸盐电池,其能量的储存空间要小得多,一般钛酸盐电池车10分钟可以充满整个电池,能使汽车行驶310公里。

如果采用家用230伏16安电源,通过插头电线充电,若电池电量耗尽,全部充满要6到8小时。而采用高压充电,只要2.5小时。除了插电式充电方式外,奥迪工程师正致力于研发一套无线设备,以进一步提高充电的便捷性。这种被称作“感应电荷充电器”的设备可安于家庭车库或特定的停车场内,当汽车停车入位后将自动激活。这些科技成果,使我们看到e—tron正在从未来走向现实,相信2012年后我们便有机会亲身体验奥迪纯电动技术的魅力。

奥迪正在开发更具吸引力的车辆,能够满足甚至超出客户的期望,定制概念正在逐步应用于每个应用程序,电动化水平正在随着车辆尺寸的缩小逐步增加。

Q:在材料的选择上,钛酸盐电池是不是很环保?

奥迪Q5 HFC

将来,仅在市区使用的汽车将完全依靠电力驱动行驶。在过渡阶段,将通过增程概念增加驱动力。在这个庞大的车辆细分市场,插电式混合动力车将作为第一款成熟车辆推出,奥迪Q5hy-bridquattro的完全混合动力技术适用于所有车辆级别。

A:钛酸盐超能电池是一种将高性能的钛酸盐陶瓷薄膜涂敷于氧化铝陶瓷表面,再经多层组装加工而成。这种电池所用材料无毒、无污染,是一种环保的绿色高能电池材料。

在科技日上,一款令人意想不到的氢燃料电池车——奥迪Q5 HFC(Hydrogen Fuel Cell)氢燃料电池车也出现在试乘车型队伍中。我们试乘后的感受是,与内燃机Q5相比,这款车的动力毫不逊色,声音非常安静,而且这款车排出的只有水而没有任何废气。

电池成本 下一个10年的期待

Q:使用钛酸盐电池的汽车,其动力性能如何?

这款氢燃料电池车奥迪Q5可在13.4秒之内加速到100公里/小时,最高速度可达160公里/小时。据德国专家介绍,氢气的利用非常高效,燃料电池的能量转换效率可以达到50%以上。两个高压汽缸在700巴的压力下可以储存3.2千克氢气。低温氢燃料电池的功率可达98千瓦。用于帮助燃料混合的锂离子电池容量为1.3 千瓦时。靠近车轮的两个电动机最高功率可达90千瓦,最大扭矩可达420牛·米。

在任何依靠电力驱动的车辆中,电池都发挥着关键性作用。奥迪公司目前正在开发一套能满足高档车型最高需求的电池系统。

A:可能对于电力车,人们会认为动力性能不是很好,而且不适合长时间出行,使用钛酸盐电池的汽车完全不用担心,其动力性能很强劲。

奥迪Q5混合动力车

奥迪将两种基本的锂铁电池区分开来。高性能版适用于奥迪Q5hybridquattro等混合动力车辆,而另一种高能量版则适用于依靠电力进行长距离行驶的车辆,比如R8e-tron电动车。

在科技日上,传递给我们一个令人兴奋的消息:几个月后,奥迪第一款使用汽油发动机和电动机的量产混合动力车型奥迪Q5 hybrid将上市,不过首先在海外上市。

电池中存储的能量是车辆行程的关键因素,单位为千瓦时。通过对比能量与电池的质量,可以得知电池的能量密度。目前汽车行业使用的锂铁电池的能量密度大约为0.14千瓦时/千克。这个能量密度超出铅电池大约4倍,铅电池的能量密度不足手机、笔记本及相似设备中使用的小型铁电池能量密度的40%。

在奥迪看来,全混合动力技术已经是一种用于降低能耗的成熟技术。插电式混合动力技术优势在于在传统发动机与电动机紧密配合下,采用便捷的充电方式以实现更高行驶里程。驾驶者松开油门时,燃油发动机与传动系统的连接就被断开;而在制动阶段和滑行阶段,电动马达发挥发电机的作用,产生能量并将能量储存到电池中。

在电池环境温度适宜的情况下,锂铁电池的预计使用寿命为10年以上。另外,电池的寿命与季节因素之间的关系非常重要,加之电池的负荷情况以及充电和放电循环密度等,频繁使用高电压电流快速充电以及频繁完全放电都会缩短电池的寿命。高性能电池一般释放到50%左右的能量水平;而高能量电池的下限更低,大约为20%。如果保持这些极限,电池可以经历几千次充电和放电循环,功率才会略微下降。

据奥迪方面透露,目前德国汽车工业协会正在与汽车制造商一起制定统一的电池标准。即所谓的菱形电池,其功率介于500瓦与高于1500瓦间。其体积介于大约130立方厘米和900立方厘米间。与目前普通圆形电池不同的是,扁平电池具有较大的表面面积,散热性能更好,且可挤压在一起,节省空间。

然而无论性能如何完美,成本依然是目前电动车电池面临的最大量销壁垒,“据核算,现在每千瓦时锂铁电池的成本高达几百欧元。虽然目前已实现了初步量产的经济型,但是行业只能期望下个10年内价格能降低一半。”奥迪电动车电池网络和能量系统负责人表示。

充电模式创新 无需人为启动充电

任何人在讨论电动车身设计和电池问题之外,充电设备的建设都是一个无法回避的行业难题。事实上,通用汽车对自己生产的增程式电动车打出的广告语即是:无论身处何地都能带你回家。

“行驶里程是电动车的重要问题,对动力电池充电是重中之重。奥迪提供了各种适应不同情况的充电概念,并且将标准充电、无线充电和快速充电区分开来。”奥迪充电系统前期开发专家BjrnElias博士对南都记者打了一个比方。“这里可以通过一个计算模型加以说明。一辆标准的电动车如果加装一个20千瓦时的电池,以能耗率为15千瓦时/100公里运行,理论上这辆车在充电后可以行驶133公里。考虑到大约25%的能量作为备用储量,因此实际行驶里程应为100公里。而消耗掉的15千瓦时能量必须以充电的形式补偿回电池中。”

假定通过2.5千瓦的普通家用单向连接直接充电,车辆的电池完全充满需要大约6个小时,将带22千瓦充电器的车辆连接到相应的充电站或三向高压连接将使充电时间缩短至45分钟。

同时,奥迪公司正在与开发合作伙伴一起推出一款创新的系统,该系统在驻车期间使用感应传输单向电流。地板中的导电线圈与集成在车辆中的次级线圈产生一个电磁场。这种磁场感应会在次级线圈中产生一个交流电,交流电经过校正后反馈至电池中。对于消费者来说,这种解决方案的特殊优势就是无需人为启动或连接的自动充电过程。根据电流估计,能量传输效率可以达到90%。

车型

A1e-tron

如果说“Quattro”代表了奥迪在传统动力时代的技术,那么“e-tron”则将成为下一个电动车时代奥迪的品牌符号。

奥迪A1e-tron的电动机横向安装于车身前部较低的位置。这款电动机瞬时功率峰值可达75千瓦,峰值扭矩达240牛·米,百公里加速时间仅为10.2秒,最高时速可达130公里/小时。电动发动机通过“单速变速箱”将其动力传输至前轮,延续了奥迪e-tron系列的设计理念。

在纯电动模式下,车辆可连续行驶50公里,如果行程超过50公里,则可通过安装在行李舱下方的小型发动机对蓄电池进行充电,增加车辆行程。该发动机排量为254毫升,峰值转速达5000转/分钟,带动可以产生15千瓦功率的发电机,二者总重仅70公斤。

R8e-tron

奥迪R8e-tron是一款高功率纯电动跑车。四个轮毂电机提供了230千瓦的总功率,具有出色的驾驶性能。轮毂电机可进行独立运转,象征着全时四轮驱动进入全新的开发阶段。

四个异步电机———前后车桥上各装配两个———构成了奥迪R8e-tron时四轮驱动quattro。通过单阶段变速箱和短轴传动将动力传输至车轮。静止状态时,能够提供230千瓦的最大功率和4500牛·米的扭矩,从零加速至100公里/小时仅需4.8秒。

R8体现出的技术水平堪称顶级电动车的特征。其外形设计从各个细节方面体现出了新技术的特定质量需求。比如,大型液冷锂铁电池和动力电子装置位于乘客舱正后方。因此,形成了一个最佳重力点,前后桥之间的负荷分配比例为42:58,正如搭载5.2升FSI发动机的R8量产车型系列。

从设计方面来看,奥迪R8基本已是奥迪品牌电动车集大成者。其安装的可再充电式锂铁电池由并联和串联的高能量密度电池组构成。在所有一般性限制条件下,通过一个电池智能管理系统最佳提供能量。这款重550千克的电池存储有53千瓦时的能量,包括42.4千瓦时的可用能量。电池的可行驶里程为大约250公里。

使用电压为230伏的家用电流足够对电池充电,对一个完全放电的电池充电需要6到8个小时。高压电流可以将充电时间缩短至大约2.5个小时。

混合动力Q5

当然在实现全电动之前,奥迪品牌也推出了豪华混合动力车型,其代表作即为混合动力Q5。

全时四驱混合动力Q5是奥迪首款具有双驱动系统的车型,它拥有V6般的强劲动力以及四缸TDI的节油特性。其搭载的2.0TFSI汽油发动机和电动机可以实现180千瓦的系统输出以及运动力学方面480牛·米的扭矩。在正常驾驶过程中,它的平均油耗不超过7.0升/百公里。

来自奥迪公司的数据显示,目前市场上运动性能最强的混合动力SUV车型能以60公里/小时的速度以电力驱动行驶3公里,且无废气排放,并可在电力驱动下达到100公里/小时以上的时速。拥有同样强劲动力、轻量锂铁电池以及其它诸多全新解决方案的奥迪Q5全时四驱混合动力车型代表了当前技术的最高水准。

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