电动汽车 (EV) 的支持者(无论是实际购买者还是潜在购买者)担心的问题之一是电池电量不足然后电量不足的可能性。这相当于基于内燃机 (ICE) 的车辆耗尽气体,或混合动力电动车辆 (HEV) 耗尽气体和电子。
工程师知道从各种来源获取能量很重要,但在许多系统设计中,确定如何存储以备后用同样重要。即使由于使用能量收集、太阳能或风力发电,能源被认为是“免费的”(当然,没有这样的东西),但几乎总是存在两个相关的问题:储存未使用的多余能量,以及传输那种能量。虽然这一代得到了公众的大部分关注,但三合会中的其他两个因素同样重要。当您无法储存任何未使用的能源以供闲置期间使用时,可再生“绿色”能源的技术现实和经济状况将发生巨大变化。
大多数公众以及工程师都会定期处理可充电电池,但它们是手持设备和小家电中相对较小的电池,容量在 mA-hr 范围内。但那里还有另一个世界,一个更大的电池,例如用于 HEV 和 EV 的电池,它对生产和材料要求产生巨大影响。
对于工程师来说,使用风能、太阳能甚至水等无污染能源的最大障碍之一是它们固有的间歇性可用性,这对工程师来说已经不是什么新鲜事了(尽管许多记者和其他满怀幻想的专家似乎并不理解这个事实)。简而言之:存储对于成功实施这种类型的能源系统与发电本身一样重要。
电池回收原则上是一件好事,因为它有助于回收进入这些电化学储能容器的许多独特和特殊的元素(包括稀土)。对于作为最终用户的普通消费者而言,回收工作的开始和结束都是将电池扔进商店或回收中心的那些独特的“在这里回收电池”盒子。我在某处(对不起,不记得在哪里)读到汽车中大约 90% 的铅酸电池被回收,但只有大约 5-10% 的消费者 AAA、AA、C、D、9-V、按钮,纽扣电池被回收利用——所以还有很长的路要走。
电动汽车将改变能源和自动化市场,促进对智慧城市的重大投资。这些变化与向更清洁、更分散和数字化环境的演变相吻合。电动汽车 (EV) 充电可能会对电网造成局部限制和稳定性问题,并降低电气化的环境效益。支持电动汽车的投资和基础设施将从一个地方到另一个地方发生重大变化。
电池和能量电池会随着老化而失去容量。如果电池或电池的容量过低,我们的设备也可能很快停止工作。我们可以使用图 1 中的电路来测量电池的放电时间。该电路使用机电时钟和 DVM(数字电压表)。测试前电池应充满电。该电路以固定电流对电池进行放电,并测量电池从 100% 放电至 0% 所需的时间。
假设我们需要测试 1.5V、AA 尺寸的碱性电池。我们可以应用短路并测量电流,也可以测量开路电压,但两种方法都不能正确测试电池。大约 250 mA 的合适测试电流可为我们提供更合理的测试。我们可以在 1.5V 下使用 6Ω 电阻负载,如果电池状况良好,它会在 25°C 的环境温度下产生 1.46V 的输出电压。劣质电池可能产生低于 1.2V 的电压。给定负载,1.2V 的输出电流将为 200 mA 而不是 250 mA。电池将只有 80% 的满载电流。相反,我们可以使用图 1 中的电路 来产生恒流负载。
您肯定知道风力发电是一种可靠的能源,并且已经看到那些带有缓慢旋转叶片的大塔。(我对这些塔以及风作为大量稳定电力的可行来源有矛盾的感觉,但这是另一天的讨论。)
在住宅、商业、校园甚至电网级别进行更大规模的储能是一项挑战,没有明确的最佳解决方案。选项包括电化学(电池)、势能(升高的水或重量)、氢(通过燃料电池)、相变材料(熔盐)和机械功(在巨大的水箱或洞穴中压缩/减压空气)几种可能性。
无论如何,在衰落一个世纪后,电池又开始受到重视。这一趋势是在巨额投资的推动下进行的,研究不仅在电动汽车领域展开,还在手机或游戏机等其他重要领域展开。这些蓄能器正在沿着不可思议的道路前进。
随着我们在日常生活中更多地转向使用无线产品,电力电子研究同时也在为电动汽车 (EV) 等事物发展无线充电的新趋势。许多国家现在正在实施燃油经济性法规并推动以电动汽车取代汽油车的举措;因此,汽车制造商现在非常关注电动汽车的开发。虽然锂离子电池和超级电容器等技术进步大有希望,但更平稳地向电动汽车过渡的主要要求是基础设施和合适的快速充电系统的可用性。
众所周知,随着汽车智能化和网联化的演进,汽车上配装的芯片数量和种类越来越多,但芯片产能并没有及时跟上,且工业电源应用、消费电子、电力、通信及其他领域对于半导体产品也存在着巨大的需求。更何况,在去年疫情暴发后,大量汽车组装厂关闭,很多车企也误判了车市复苏的速度以及对芯片的需求,导致大量芯片资源向笔记本电脑、智能手机等消费电子产品倾斜。再加上车规级芯片的技术门槛相对较高,生产周期也较长,不可能像口罩等防疫物资一样快速投产。
在许多较大的系统设计中,通常有多种可能性和方法来提供基本电源。例如,在电力与碳氢化合物之间可能存在基本选择,然后是更多细节:清除和收获、太阳能、风能、天然气、丙烷、甲烷、压缩空气……这是一个很长的清单。然而,假设传统上使用的电源是正确的也是正常的,尤其是当设计团队对这种方法有一定的经验时。
无论是运行可穿戴设备还是为电动汽车供电,电池寿命都是让系统设计师(和消费者)夜不能寐的问题。与电子行业的所有可比进步相比,电池技术的创新非常缓慢。 在智能手机业务中,设计工程师花费大量时间和资源来尝试改进电池管理系统 (BMS)。在电池业务中,即使是微小的改进,研究人员也会不断地大惊小怪和调整。