车辆用的动力锂电池回收介绍

本文着眼于越来越流行的动能收回体系（KERS）技能，以从车辆运动中获取能量。它着眼于不同类型的技能，从飞轮到双层电容器和超级电容器，具有燃料功率的优势，以及必要的高牢靠性支撑，轿车级电源办理电子设备，用于捕获，存储和操控发生的能量。

从轿车体系中收回能源是下一代轿车发展中越来越重要的一部分。这种动能的收获正以几种不同的方法实现，并与不同类型的存储和电源办理技能相结合。

KERS的概念，动能收回体系，从一级方程式开始，现在是作为削减燃料耗费的一种方法，在更多的商用车辆中呈现。在一级方程式中，制动时存储的能量可供飞行员运用，飞行员可以决定在特定情况下重复运用，例如经过按钮直接超车时加快。

MagnetiMarelli在意大利开发的电气体系经过电机直接连接到驱动轴，因而在制动时，同一轴充当发电机，将运动转化为电能。经过操控单元，电流为锂离子电池充电。另一方面，在加快时，当飞行员操作动力提高时，从电池获取动能，并且再次经过电子操控单元将其发送到电动发电机。然后，它沿相反方向旋转，并在驱动轴上施加加快力以供给增压。该体系每分钟最高可达40,000转。

首要的技能应战是将大功率体系安装在狭小的空间内，重量轻，并应对极点环境的温度和振荡。MagnetiMarelli正在开发一种名为ERS的新版别，它将制动过程中的动能恢复与从热废气中收回的能量恢复相结合，将两者连接到连接到驱动轴的电动发电机。

关于更商业化的体系，沃尔沃开发了一个运用轻型飞轮捕捉能量的版别。英国对Flybrid技能的测试显示，轿车功能提高了80马力，一起将燃油耗费降低了四分之一。该公司与抢先的KERS技能供货商FlybridAutomotive协作，后者是Torotrak集团的一部分。Flybrid和Torotrak正在开发类似的技能，Torotrak在2014年收买了其竞争对手。

图1：由Flybrid和Torotrak开发的沃尔沃KERS能量收回体系。

该体系是前轮驱动乘用车中后桥安装飞轮体系的首次全面试验，是Flybrid，沃尔沃和瑞典政府协作的结果。当轿车制动时，动能用于旋转6千克碳纤维飞轮，速度高达每分钟60,000转。当轿车再次开始移动时，存储在旋转飞轮中的能量经过专门规划的变速器传递回后轮，并且可以增加动力或削减发动机的负荷。一旦制动开始，驱动前轮的传统发动机就会关闭，这样当飞机再次离开时，飞轮中的能量可用于加快车辆。由于飞轮经过制动激活，因而能量储存很短，因而十分适合在繁忙的城市交通中节约燃料。

实验性的Flybrid飞轮直径为20厘米，由一个组合而成钢毂和碳纤维外壳。碳纤维轮在真空中旋转，以最大限度地削减冲突损失。

图2：Flybrid碳纤维飞轮。

以类似的方法，英国工程公司GKN一直在与奥迪协作开发新一代Gyrodrive飞轮混合动力储能体系。GKN将储能容量提高到4MJ和平均额定功率，一起坚持相同的尺寸和质量。该体系位于驾驶员旁边，每圈可供给高达4MJ的能量，可随时存储多达750K焦耳。在加快时，Gyrodrive将能量输送回前轴，在那里发生超过200kW的功率。

该技能的商业版别也在英国的公共轿车上运用，节约了燃料。GKN正在扩展产量，作为方案在全球范围内供给该技能作为电池混合动力的可行替代品的方案的一部分。

其他技能运用高密度电容器体系，如超级电容器或超级电容器。

印度的Matlab工程师开发了一个模型，显示当制动能量存储在锂离子电池和超级电容器中时如何运用KERS。该模型运用Matlab的SimElectronics和Simscape东西来支撑体系级规划，其间KERS功能是三个首要组件（电池，超级电容器和电动发电机）以及能源办理战略之间杂乱的权衡。

应用于车辆运动中的动能收回体系得规划

图3：MatlabKERS仿真。

应战在于KERS体系增加了质量，削减了由于发动机和来自制动的储存电能有必要大于补偿。锂离子电池每单位质量的能量十分高，但每单位质量的功率很低，而超级电容器每单位质量的能量相对较低，但每单位质量的功率十分高，适合这种特别应用。具有扩展温度范围的超级电容器，例如-40°C至+85°C，例如来自Kemet的1FFT0H105ZF或来自MaxwellTechnologies的5FBCAP0005，运用多层结构，以供给更高的容量来供给来自KERS体系敏捷树立在已树立的双电层电容器（EDLC）技能的基础上。

这些电池和超级电容器KERS体系需求专门的电源办理技能，该技能还可以承受轿车传动体系的极点环境并最大限度地减轻重量。这些超级电容器的作业电压约为2.7V，与电源办理器材相匹配。

MaximIntegrated的MAX16920电源办理IC集成了三个高压降压DC-DC转化器，一个高压线性稳压器和一个过压保护模块，以减小功率操控的尺寸和杂乱性体系。它作业在-40°C至+125°C温度范围，选用紧凑型，耐热增强型32引脚TQFN封装，尺寸为7mmx7mm。

应用于车辆运动中的动能收回体系得规划

图4：Maxim的MAX16920为KERS体系供给DC-DC转化器。

三个降压转化器供给150mA，600mA和1.5A，而线性稳压器具有高达150毫安。该器材的输入电压介于5.5V至28V之间，可承受45V的瞬态电压，十分适合轿车应用。它还针对高功率和低待机电流进行了优化，以保证存储在电池和超级电容器中的尽可能多的能量用于为车辆供给动力。

KERS体系开发人员可以从电动轿车引入的电源办理技能中获益。德州仪器（TI）的bq76PL536ATPAPTQ1是一款可堆叠的三至六节串联锂离子电池组保护器和模仿前端（AFE）。这包含办理电池的关键要素：精细模数转化器（ADC）;独立电池电压和温度保护;细胞平衡;和一个精细的5V稳压器，为附加操控电路供给电源。

应用于车辆运动中的动能收回体系得规划

图5：德州仪器的bq76PL5536A可堆叠在一起进行办理KERS体系中的192个锂电池。

为了协助KERS规划人员结合他们所需的不同技能，bq76PL536ATPAPTQ1还集成了电压转化和精细模数转化器体系，可以高精度测量电池电压和速度。该体系还将根据KERS的功率要求进行扩展，由于该设备可以笔直堆叠以监控多达192个单元，而操控器之间无需额外的阻隔组件。每个器材之间都有一个高速串行外设接口（SPI）总线，以便在整个电池组中供给牢靠的通信。

定论

支撑新一代KERS能源的组件-电动，混合动力和传统车辆的采伐技能正在敏捷遍及。锂离子电池组，超级电容器和电源办理设备的组合使得可以以不同方法收回更多能量。将其送回车辆可降低燃料耗费，延伸范围和电池寿命，并为制造商和用户供给优势。电源办理子体系需求映射到能量搜集技能，但现在这些现已呈现，为体系开发人员供给了所需的选项。