对于燃料电池系统而言,体积功率密度重要还是质量功率密度重要

发布时间: 2023-07-25 12:01:29 来源: 励志妙语 栏目: 经典文章 点击: 102

很小,但很强,埃安发布的夸克电驱把电机功率密度翻倍了中国是电动车发展的最前沿,不仅仅市场规模第一,技术也能够做到第一。埃安新发布...

对于燃料电池系统而言,体积功率密度重要还是质量功率密度重要

很小,但很强,埃安发布的夸克电驱把电机功率密度翻倍了

中国是电动车发展的最前沿,不仅仅市场规模第一,技术也能够做到第一。埃安新发布的夸克电驱,电机功率密度达到了12kW/kg,质量功率密度世界第一,比起行业主流的6kW/kg直接翻倍。

之前听得都是电池提起能量密度的概念,电机的功率密度又是指什么?电机的最大功率与电机质量或者体积之比。在相同功率条件下,质量功率密度高了,电机就会更轻,有利于车辆的减重。而体积功率密度提高,则有利于车辆的空间布局,可以给车内提供更大的乘坐空间,或者可以布置更多的电机来实现极致的性能。当然,更小更强的电机还有更多的想象空间,比如机器人的驱动、飞行汽车、轮毂电机等等。

目前行业主流的电机质量功率密度在6kW/kg左右,在夸克电驱之前,电机功率密度这一座山峰上的皇冠属于大洋彼岸的Lucid,499kW的电机仅重74kg,功率密度达到了7kW/kg。当年见到Lucid的小巧电机时也是惊为天人。

但比起此次发布的夸克电驱,技术又上升到了另一个层面。在峰值功率达到260kW的情况下,此次发布的夸克电驱产品单电机重量仅为21.5kg,质量比能量密度达到了惊人12kW/kg。也难怪官方用芯片28nm制程一下子飞跃到了3nm时代,来做类比。

虽然没有着墨宣传,夸克电机的体积功率密度也非常出色。得益于其专利的X-PIN扁线定子技术和碳纤维高速转子技术,缩小25%体积的情况下,电驱功率提升30%以上。发布会上提到的这款产品,定子绕组直径180mm,长度109mm,体积仅有2.55L,如果按照这一体积算,其体积功率密度超过了100kW/L,比起美国能源局DOE在新能源汽车电机电控2025技术指标规划中提到的50kW/L目标值还翻了一倍。

当然,电机的定子绕组外边还有壳体,水道,轴承等组成,会更大一圈,实际体积功率密度肯定会小一些,但也足以令人惊讶。

夸克电机并不仅仅把电机做小做轻了,它还大幅提高了电机的效率。峰值效率98.5%,工况效率(大概率是CLTC工况)97.5%。实现高能效得益于其开发了一种新型的定子铁芯材料极其批量制备技术——“纳米晶-非晶” 合金。

将熔融状态的金属以100万℃/s极速进行冷却,从而破坏了金属内部的晶体结构,再经过热处理,形成了“纳米晶-非晶”,具有原子无序排列、无晶粒、无晶界的微观特性。这种材料比起普通铁芯使用的硅钢片具有更低的铁损,因为磁场交变产生的铁损,也即因为磁场交变而产生的损耗,降低了50%。

需要注意的是,夸克电驱并不是某一款电动机的名称,而是埃安全新一代高性能集成电驱技术群,可以理解为是一个平台。这一个平台电机功率覆盖70-320kW,除了上文提到的“纳米晶-非晶”铁芯降低了铁损之外,X-PIN扁线绕组以及碳纤维高速转子技术分别带来了更高的槽满率,和更高的转速(小道消息显示为21000rpm)。

电机效率的另一个杀手铜损,电流在导线中发热引起的能量损失,埃安也带来了解决方案:高效碳化硅控制器。其满功率工作电压达到了900V,只算控制器的话其效率高达99.8%。埃安还深度介入SiC产业链建设,自研封装设计。从芯片布局、均流一致性、缩小芯片开关延时、叠层功率回路设计四个方向进行突破,同时结合全银精准低温烧结工艺的革新,使得SiC模块回路杂感降低50%以上、热阻降低约25%、芯片通流能力提升10%以上、功率循环寿命提升约100%。

埃安的Hyper GT将会是夸克电驱的首发产品,而Hyper SSR则将搭载三颗夸克电驱,从而进入1秒俱乐部,1.9秒的百公里加速。

本文作者为踢车帮 Route 64

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电池功率密度越大好还是越小好?为什么啊?有没有大神可以给我简述一下,别废话的那种。。。。。。

功率密度越大越好,功率密度指的是电池单位质量或者单位体积内所能提供的功率,功率密度越大,表明电池做功越快,反之亦反。

在动力电池的研发中为什么说功率密度及能量密度越大越好?

功率密度是指电池的放电功率与其质量的比值
对于同等重量的电池,功率密度越大,其输出功率就越大,对于车辆来说,起步加速的时间越短,直观感受就是动力强劲。

能量密度是指电池的总电量与其质量的比值
对于同等重量的电池,能量密度越大,其可用的电量越多,对于车辆来说,续航里程就越长,直观感受就是可以超长待机。

以上2个参数,数值越大,就代表性能越高,所以设计系统时会追求高功率密度和高能量密度。

关于燃料电池的一些参考资料

刚刚接触这方面,对燃料电池还一点也不了解,仅仅限于简单原理,还是高中学的,请高人们指点迷津,提供些参考资料rn 在此谢过!
依据电解质的不同,燃料电池(Fuel Cell, FC)分为碱性燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。燃料电池不受卡诺循环限制,能量转换效率高,洁净无污染、噪声低,可制成模块式结构、功率密度比一般储能型电池高,既适合集中供电,也适合分散供电。
也可以按照工作温度的不同,把碱性燃料电池(AFC,工作温度为100℃以内)、质子交换膜燃料电池(PEMFC,也称为固体高分子燃料电池,工作温度为100℃以内)和磷酸型燃料电池(PAFC,工作温度为200℃左右)称为低温燃料电池;把熔融碳酸盐燃料电池(MCFC,工作温度为650℃左右)和固体氧化物燃料电池(SOFC,工作温度为800-1000℃)称为高温燃料电池。另一种分类是按其开发早晚顺序进行的,把PAFC称为第一代燃料电池,MCFC称为第二代燃料电池,SOFC和PEMFC等称为第三代燃料电池。
燃料电池是一种电化学装置,其电池单体是由正负两个电极(负极即输入燃料的电极,阳极;正极即输入氧化剂的电极,阴极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部,因此,限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质,只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换设备。电池工作时,燃料和氧化剂由外部供给,进行反应。燃料电池本体通常由形成离子导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极(阳极)和空气极(阴极)、及两侧气体流路构成,气体流路的作用是使燃料气体和空气(氧化剂气体)能在流路中通过。原则上只要反应物不断输入,反应产物不断排除,燃料电池就能连续地发电。另外,只有燃料电池本体还不能工作,必须有一套相应的辅助系统,包括反应剂供给系统、排热系统、排水系统、电性能控制系统及安全装置等。

[1]衣宝廉.燃料电池——原理•技术•应用.北京:化学工业出版社,2003.
[2]James Larminie, Andrew Dicks. Fuel Cell Systems Explained(Second Edition). Chichester: John Wiley & Sons Ltd,2003.
(文献[2]的中文译本是:詹姆斯•拉米尼,安德鲁•迪克斯 著;朱红 译.燃料电池系统——原理•设计•应用.北京:科学出版社,2006.)
[3]毛宗强.燃料电池.北京:化学工业出版社,2005.
http://www.pep.com.cn/
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    如何判断自己是否有颈椎问题如果是中国人开启了大航海时代,发现了美洲新大陆,继而开启了第一次工业革命,世界会比现在更加美好吗
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