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兰博基尼的超级电容器,混动超跑的“杀手锏”?

2019-11-13 09:37
亿欧网
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据外媒报道,目前兰博基尼与麻省理工大学合作,双方基于金属有机骨架化合物(Metal Organic Framework,MOF)研发了一种新材料作为下一代超级电容的基础材料,并且已经获得专利。

兰博基尼Sián FKP 37

(兰博基尼Sián FKP 37)

可以预计,这项研究成果是兰博基尼向电动汽车技术转型计划的一部分。此前在2019年的法兰克福车展上亮相的混动超跑Sián FKP 37,已经使用了超级电容技术代替了传统锂电池组。

同时,兰博基尼汽车董事长兼CEO Stefano Domenicacali表示:此次与麻省理工的合作研究充分体现了我们的价值观和对于未来的预测:未来对于混合动力的需求将不断的增加,并且不可或缺。

什么是超级电容?

超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,它既具有电容器快速充放电的特性,同时又具有电池的储能特性。顾名思义,超级电容的容量比通常的电容器要大的多,并且对外表现跟电池相同,因此也被称为电容电池。

超级电容示意图

(超级电容示意图)

超级电容器电池又叫双层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor),其基本原理是利用活性多孔电极和电解质组成的双电层结构,以获得超大的容量。

从结构上来说,超级电容器可以被视为在两个极板外加电压时被电解液隔开的两个互不相关的多孔板。对正极板施加的电势吸引电解液中的负离子,而负极板吸引正离子。最终创建了两个电荷储层,在正极板分离出一层,而在负极板分离出另外一层,这也是双电层的由来。

超级电容示意图

(超级电容示意图)

电容的大小取决于电极表面积大小和两个电极间的距离,简单来说就是电容量与电极板的面积成正比,与电极板之间的间隙大小成反比。由此可见,若想要获得更大的电容量,必须增大面积或减少介质的厚度,这也是为什么传统电容器的介质多为“薄”塑料或“薄”膜陶瓷。

反观超级电容,其电极为多孔碳基材料。该结构可使它每克重量的表面积可达几千平方米,远远大于使用“薄”塑料或“薄”膜陶瓷的产品。而电容电荷分隔的距离是由电解质中的离子大小决定,这个距离要远小于使用常规电介质材料的距离,因此巨大的表面积加上电荷间极小的距离,使超级电容器具有很大的容量,同样相对于传统电容器其优势也是不言而喻的。

超级电容器,混动超跑好帮手

由于超级电容器在使用过程中没有任何的化学反应,完全属于物理变化,因此相对更加安全。再加上其充放电速度极快、功率密度高、大电流放电能力强,同时在质量上也更轻,因此更适合在高性能混动车型中应用。

兰博基尼Sián FKP 37

(兰博基尼Sián FKP 37)

此前,兰博基尼首款混合动力车型Sián FKP 37就率先应用了这项技术,新车采用全新的轻型混合动力架构,拥有一个功率密度为2400W/kg的超级电容器。官方宣称,比同等重量锂电池的功率密度强三倍。这个特性非常适合追求极致轻量化的超跑,在降低重量的同时,获得更大的马力,何乐而不为。

从技术细节来看,该方案是一个低电压48V系统,电流峰值为600A。整个系统的电动机直接在后轮释放驱动扭矩,并在制动期间利用惯性为电容器充电。超级电容器的特性,可以保证其均匀的电流在充电循环中维持效率均衡,且不会过热。

超级电容器另一个优势为放电功率大,储存的电能可以在极短的时间内放出。其瞬间迸发的能量,可以达到类似“氮气加速”的神奇效果。以Sián FKP 37为例,在静态起步或者加速超车的时候使用超级电容器,可以获得强大的加速能力,而刹车时的能量回馈系统也可以给超级电容器充电。

与传统电池相比,超级电容具有很多优点,其充电速度快,10s-10min即可充至其额定容量95%以上;功率密度高,理论上可达300W/kg-50000W/kg,为蓄电池的5-10倍左右;由于内阻小,所以充放电损耗也很小,具有高充放电效率,可达90%以上;循环使用次数达10-50万次,寿命长。

新技术虽好,但仅适合超跑

首先,超级电容器的特性非常符合超跑的调性。这些车本身针对小众人群,最重要的是用户不差钱,让企业生产成本的问题不那么棘手。同时,有了超级电容器的加入,开发人员可以在不过多增加车身重量的情况下,提升车辆本身的动力性能。并且,因为超级电容器体积较小,可以将其设置在位于驾驶舱和发动机之间的舱壁,确保了车辆完美的配重比。

兰博基尼Sián FKP 37

(兰博基尼Sián FKP 37)

但是,由于其过快的放电速度和过低的内阻,如果设计不好,本身就隐藏着风险。其次是生产成本的问题,目前其技术尚不成熟,难以运用在民用车上。最后,超级电容的能量密度离电动汽车的要求还尚远,无法作为单独的能量储备设备运用在普通民用车上。

所以,目前来看,超级电容器也只有和超跑“在一起”才是绝配。

编辑:周到

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作者:陈宇洋 来源:亿欧

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