您现在的位置:主页 > X亮生活 >[F1专栏] KERS系统心脏:电池模组探密 >

[F1专栏] KERS系统心脏:电池模组探密

栏目:X亮生活 | 来源:http://www.337tyc.com | 时间:2020-06-09
2009年底特律车展由于各车厂紧缩预算而逊色不少,发表的新车也屈指可数。相较之下,一款又一款的电动车型成为媒体的目光焦点。一时之间许多人有了「明天就是电动车时代」的错觉。无独有偶,F1车队工程师们也正在替本季最大的科技挑战:动能恢复系统(Kinetic Energy Recovery Systems,简称KERS),两者都牵扯到同一关键零组件:高性能车用二次(充电)电池技术!

[F1专栏] KERS系统心脏:电池模组探密「电池动力」近来成为赛道内外的目光焦点。
自从1800年Alessandro Volta发明世界上第一个电池,1859年Gaston Plante 发明可充电的铅酸电池后,工程师就没有停止过寻找更好的储能方式。化学电池依据电池可充电与否的特性,又分为「一次电池」与「二次电池」两大类。一次电池包括市面上常见的硷性电池、水银电池,以及锰乾电池、氧化银电池、锂电池与空气电池等,二次电池则为目前可携式电子产品的应用大宗,包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池与锂离子电池、锂高分子电池及超级电容等。

不论是F1赛车内的KERS系统或是民用混合动力车辆,其系统都涵盖创新差速齿轮式的动力分配装置、系统能量管理、电源管理、传动系统、剎车能量回充及高效能一体式马达/发电机等技术。目前第一代混合动力系统使用的镍氢电池势必无法满足未来更严苛的储能需求,锂离子电池在相同的空间里可容纳较多的电力及重量,使用锂离子电池技术可使得混合动力系统体积缩减一半,并使该类车型能够大幅降价并且更加节能。高工作电压(336V)锂离子充电电池被视为可插电式混合动力系统与充电电动车辆的唯一储能选择。

[F1专栏] KERS系统心脏:电池模组探密性能锂二次电池的造价令人咋舌。
虽然我们之前非常看好超级电容的物理方式储能技术,目前种种迹象看来多数F1车队似乎仍选择较为传统的锂二次电池技术。目前在少数正式商用化Tesla电动跑车的锂电池装置在行李箱处,体积相当于6,831块电脑用电池的体积总和(重量为320公斤)。电池充满后可连续行驶300英哩的距离。唯一的缺点(也是最大的缺点)是这个电池模组的製造成本接近2万美元(约为整车价格的1/5)!

使用在民用车辆的锂电池成本尚且如此,用在F1赛车上的系统成本更高也就不足为奇。根据德国媒体透露,电池供应商SAFT提供给Ferrari与Ferrari车队的电池每组高达3万欧元。而Renault车队科技总监Bob Bell亦曾在R29赛车发表会中表示该队KERS系统内的电池寿命最多不超过4站,他预测很多队伍可能每一站就要报废一组电池。这肯定又是一笔不小的开支,看来FIA未来除了限制引擎使用寿命、或许也要考虑对KERS电池模组的最短使用寿命予以限制。

[F1专栏] KERS系统心脏:电池模组探密KERS系统的潜在危险仍让人十分紧张。
锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成,因正、负极及电解质材料不同而冠以不同名称。目前市场上的锂离子电池正极材料主要是氧化钴锂(LiCoO2),另外还有少数采用氧化锰锂(LiMn2O4)及氧化镍锂(LiNiO2)作正极材料的锂离子电池,这两种都已在手持式电子产品相当普及。锂离子电池正极材料的价格与原料金属的价格行情一致,其中以钴(Co)最为稀缺,镍(Ni)、锰(Mn)较为便宜,但其价格也大幅制约电动车降低成本以达到普及化的可能性。目前最被看好的则是以磷酸铁锂(LiFePO4)材料作电池正极的锂离子电池,原因在于铁砂的价格大大低于其他稀有金属。

磷酸铁锂电池寿命是普通锂电池的4-5倍,还有高于锂电池8-10倍的高放电功率(可瞬间产生大电流),加上同样能量密度下的整体重量较锂电池减少30-50%等特性,让它被视为最合适需要大扭力的电动车辆所使用的二次电池技术。目前掌握磷酸铁锂电池最多关键专利的就是美国的A123 System公司,而该公司就是McLaren车队KERS系统的电池模组供应商,该公司供应给F1车队每组电池报价7万欧元,另外人非常好奇究竟採用何种技术?

[F1专栏] KERS系统心脏:电池模组探密目前看来Renault车队的KERS系统研发过程相当顺利。
第一代KERS系统的预估重量为7-8公斤,目前最大的技术瓶颈在于当装上KERS套件之后,赛车基本上已经没有改变配重的空间,或许这套系统能带来几秒的加速辅助,但同时必须考虑其对整辆赛车动态的影响。为此许多队伍尝试许多创意,Ferrari工程团队甚至考虑将电池安置在车头内,以避免在引擎附近放置KERS系统导致重心后移。此尝试仍面临许多挑战,主要在于为了减少电阻损耗、锂电池内的电流採用高压电流传送至电动马达,除了高压电流经过驾驶舱底部的潜在危险之外、过长的导线将无可避免带来更多的能量耗损,能否顺利通过FIA的撞击测试又是另一挑战?目前仍没有哪一支队伍敢打包票保证自己的KERS系统能在澳洲站上路,反而有不少车队证实不会在赛季一开始就启用KERS系统。不过Renault车队科技团队高层表示研发进展颇为顺利,目前看来他们(包括Red Bull)是最有可能在澳洲站搭载KERS系统出赛的队伍。

上一篇:
下一篇: