#元器件那些事#

车辆电气化是交通运输行业实现减排的途径

本文概述了重型车辆电动化方面的电力电子技术详情,通过研究由能源生成、存储、运输和消耗构成的价值链,可帮助减低交通运输领域的碳排放,如图1所示。

【导读】本文概述了重型车辆电动化方面的电力电子技术详情,通过研究由能源生成、存储、运输和消耗构成的价值链,可帮助减低交通运输领域的碳排放,如图1所示。

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图1:基于清洁的可再生能源的

电动化交通运输

1. 简介

卡车、公交车和工程车辆亦称为重型车辆,据估算这些车辆的碳排放占据了交通运输领域排放量的25%,在欧洲总体温室气体排放量中占据了6%。

由于线上业务活动蓬勃发展,可以观察到跨越各大洲的长途交通运输业务出现相应的大幅增长,以及城市内的物品配送运营活动不断增加,这种状况并不限于欧盟地区。根据美国交通局公布数据[2],在美国卡车车辆每年行驶里程大约为2960亿公里,燃烧了1130亿升汽油,进而产生多达2.94亿公吨的二氧化碳量。

在法规和更严格的排放要求推动下,车队运营商越来越多地转向使用零排放车辆。业界认为在全球范围所有主要城市中,提升公共交通以减少私家车数量是减低大都市碳排放的另一个重要考虑。在这个方面,使用零排放车辆运营是目标选择,最好与绿色的可再生能源相结合。

超过 3.5 吨级重型车辆的电动化是一项涉及多学科的艰巨任务,也是功率半导体产品面临的特殊挑战。与设计运行时间约为 8000 小时的典型客用车相比,卡车或公交车的使用寿命则要长得多(包括使用寿命和正常运行时间)。通用目标要求是一年 360 天、每天8 到 10 小时运行时间。预计这些车辆每天行驶多达 400 公里,在 15 年使用寿命期间总计行驶里程超过 200 万公里。在这方面,城市交通中使用的公交车同样面临挑战,因为它们单日需要行驶 200-300公里。而且,这些公交车辆固有的启停模式(start-stop-mode)带来了更多的难题。

全电动重型车辆包含了众多子系统,这些子系统需要使用非常可靠的解决方案。图 2 以电力电子器件为重点进行了深入的剖析。

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图2:“重型车辆”应用概述

经过十年来的电池技术发展,车辆电池成为了一个可行的解决方案,甚至对于电动重型车辆亦然。在过去十年中,每度电的价格已经下降了大约88%[3]。由于业界开发新的材料和生产工艺,以及制造能力不断增加,预计电价还将会进一步下降。同时,电池的能量密度持续增加,媒体不断报道有关技术突破的新闻。

电池可支持的充电循环次数是决定性参数,这代表着电池的使用寿命,因而非常重要。先前的凝胶式铅酸电池技术可提供几百次充电循环,而现代的锂电子电池则可以达到几千次充电循环。全球范围的电池制造商都在努力实现进一步的改善,并且已经公布了可实现超过10,000次循环和高达1 kWh/kg能量密度技术[4]。

所有这些因素使得车辆电池方案变得越来越有吸引力,甚至对于长距离车辆运营亦如此。接下来的挑战是在合理时间内为车辆充电,而所谓的合理与否,很大程度上取决于车辆的使用情况。

对于作为当地载客工具的客运公交车,最常见的选择是在轮班或夜间的休息时间停靠在车站里充电。在这种情形下,合理时间是指公交车闲置在停靠站中的几个小时。另一个选择则是在专门的充电站点进行充电。由于只有几分钟的时间,需要更高的充电功率才能向电池注入足够的能量。由于可在几个站点进行充电,可以考虑与在停靠站充电的方式相结合。

对于用于物流运营的卡车,就无法容忍花费几个小时充电的暂停作业。在这种情况下,必须在休息时间进行充电,而休息时间是驾驶员必须遵守的法律规定。未来没有驾驶员的自动驾驶卡车,甚至不需要休息。最理想的选择是在技术上实现最短时间充电。

因此,需要将支持这类车辆运营的基础设施视为价值链的一部分。

2. 电动化交通运输价值链

从可再生能源系统的发电到电解、传动系统、充电器和较小的车载应用,在交通运输价值链上可以找到功率范围从几瓦到几兆瓦的设计。

图3是相互连接部件的示意图。

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图3:用于从发电到电能消耗各阶段的

Littelfuse功率半导体产品

所有这些应用均需要使用高效和可靠的电子子系统。在这个严苛的环境中,控制、保护、传感器和电力电子器件无所不在,以安全高效地处理能量传输。如图所示,Littelfuse产品可以用于使用可靠的元器件来构建、运营和维护电动化交通运输环境。

3. 能量存储

对于为移动应用设备供电,现有三种主要的储存电能方法,每种方法各有其优缺点。

1. 在电场中使用电容器直接能量储存。电容器能够以非常高的速率进行充电和放电,从而提供极高的功率密度。除此之外,电容器不会像电池那样受到充电的影响,可以轻松实现数百万次充电循环。根据公式EC=1/2 C·U2,储存能量由电容器的容量和允许电压而定义。在技术方面,高电压的电容器只有低电容量,反之亦然。由于电容器以kWh/dm³为单位测量的能量密度低于电池,因而可以结合电容器与电池以提供高峰值功率,而电池充当主要的储能装置。

2. 在化学方面,能量储存在电池中。对于给定的电池化学,充放电能力受到化学过程的限制。现代的锂离子电池每公斤可以储存多达0.2到0.3kWh电能,这在目前的大多数应用中受到欢迎。在循环稳定性方面,目前采用的化学物质可以实现几千次充放电循环。

3. 从化学过程中获取作为能量载体的氢气,并在第二步中进行纯化。通过电解将水分离成氧气和氢气,提供了使用可再生能源来支持过程的方法。在所谓的燃料电池中,氢气和氧气会依次反应并产生电能。今天大多数可用的氢气是使用蒸汽重组器从石油和天然气中提取出来的。

4. 车辆与传动系统

如图4框图所示,重型车辆的传动系统在技术上与电动客用车的并没有太大的区别。

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图4:电池电动车辆的简化框图

重型车辆与客用车相比具有两项主要的区别。重型车辆的连续功率输出水平超过了客用车,在使用寿命方面也是同样。通常情况下,如果客用车的使用寿命是6000至8000个工作小时,那么卡车和公交车的使用寿命应该是它们的10倍之多。

尽管如此,商用车使用的电机大多数为永磁同步电机,由二级逆变器控制,如图5所示。

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图5:电动车辆传动系统的典型动力部分

图6所示是将氢气和氧气转化为水、热能和电能的燃料电池作为电源的扩展框图。大储槽中装有氢气,仍然需要电池在加速期间提供峰值功率,并在恢复期间储存能量。

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图6: 使用燃料电池的电动

车辆传动系统框图

除此之外,在构成燃料电池和电池之间接口的DC-DC转换器中,还需要更多的电子电力器件。

燃料电池传动系统固有的重要部件是压缩机,压缩机驱动强烈的气流进入燃料电池中,这些空气中含有平衡氢气和氧气所需要的氧气。

通过仔细研究燃料电池,可以了解到压缩机方面的挑战。图7是使用氢气进行能源转换所使用部件示意图。

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图7:燃料电池能量转换系统

根据燃料电池内需要的气体平衡,可以估算实现150 kW连续运作所需的气流:

● 1 kg H2 和8 kg O2生成大约20 kWh电能

● 每小时需要7.5 kg H2 + 60 kg O2

● 1 m²空气重量为1.2 kg,含有0.24 kg氧气

由此可见,每小时必须向燃料电池提供250 m³大气空气。由于燃料电池的负载可能变化得非常快,压缩机需要具备快速启动能力,这往往需要在几分之一秒内从零加速到100%速度。由于这些要求,驱动压缩机之逆变器的额定功率通常为20-40 kW。

如要真正将基于燃料电池的车辆作为一项绿色技术,就必须使用可再生能源来制造氢气。从石油或天然气中提取氢气是一个技术选项,但这种所谓的“黑氢”(black hydrogen)会出现副产品,也就是导致大量二氧化碳产生。

目前,业界正在考虑将风能和太阳能等可再生能源的电力与电解运作相结合,从而将水分离成氢气和氧气。特别地,如果用于消耗多余的电力,这种做法是支持电网稳定性以及生成氢气作为副产品的很好选项。世界各国纷纷制订计划,要将氢气作为减少温室气体排放的基石技术。

电解是直流电流驱动的应用。单个电解槽的正向电压低于2V,但在工业制氢中可能需要数千安培电流量。图8中的B12C拓朴结构是最普遍的兆瓦(MW)级整流方案。

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图8:带有B12C的整流器拓朴结构,也称为B6C-2P

十二脉冲B12C拓朴结构,也可以视为两个B6C结构的并联,称为B6C-2P。即使没有平滑和滤波,也可以在直流侧实现非常低的电压波纹。单级AC-DC能量转换也可以实现出色的效率。

使用的相关电子电力器件是采用压接封装的晶闸管或 IGBT器件,通常安装在所谓的器件堆栈中。IGBT的额定电流高达4500 A,晶闸管甚至超过8000 A。这些器件可以轻易满足高电流要求。此外,压接封装的短路故障(short-on-fail)特性带来了更好的可靠性和系统可用性。
“找元器件现货上 唯样商城”

真的没有想到李亚男在11岁的时候就有1米7了,绝对是一个非常了不起的女孩子,看得出来这么多的成就也是跟她的天赋与努力分不开的,李亚男在2004年参选温哥华华裔小姐竞选夺得冠军,那时候的她身材比例真的好好,而且能够感受到满脸青涩,给我们一种满满的青春少女的气息,感觉跟王祖蓝在一起也是一段良辰佳话了,非常值得我们去祝福。

#情感#
[米奇比心][米奇比心]

有哪些第一次读到便直击内心的句子?[伤心]

1、我抓不住这世间的美好,只能装作万事顺遂的模样。

2、人的一生是万里河山,来往无数过客。有人给山河添色,有人使日月无光,有人改他江流,有人塑他梁骨。大限到时,不过是立在山巅,江河回望。

3、你所谓的迷茫,不过是清醒地看着自己沉沦。

4、年岁有加并非垂老,理想丢弃方坠暮年。岁月悠悠衰微只及肌肤,热忱抛却颓废必至灵魂。

5、希望我的方向是通往自己想去的地方,而不是所谓对的地方;希望我的力量来自内心,而不是别人的赞扬。

6、碰到一点压力就把自己变成不堪重负的样子,碰到一点不确定性就把前途描摹成黯淡无光的样子,碰到一点不开心就把它搞得似乎是自己这辈子最黑暗的时候,大概都只是为了自己不去走而干脆放弃明天找的最拙劣的借口。

7、我还是得不动声色地走下去,说这天气真好,风又轻柔,还能在斜阳里疲倦的微笑,说人生极平凡也没有什么波折和忧愁。

8、我亦好歌亦好酒,唱与佳人饮与友。

9、既然没温柔,就该留住这点英勇。

10、所谓的花季,就是所有生命没有高低之分,偶然间因缘际会发生了互动关系,可它们又各自离去,它们是知己,它们也是陌路。

11、若能避开猛烈的狂喜,自然也不会有悲痛的来袭。

12、“我们仍需生命的慷慨与繁华相爱,即使岁月以刻薄和荒芜相欺。”

13、我们必须接受失望,因为它是有限的,但千万不可失去希望,因为它是无穷的。——马丁·路德·金

14、所谓现在活着,是鸟儿展翅,是海涛汹涌,是蜗牛爬行,是人在相爱,是你的手温,是生命。——谷川俊太郎《二十亿光年的孤独》

15、每个人一生中都至少应该获得一次全场起立鼓掌的机会,因为我们都胜过这个世界。

16、哀痛和忧伤不是为了倾诉和哭泣,而是为了对抗遗忘。

17、一定要爱着点儿什么,恰似草木对光阴的钟情。

18、任何时候,都有太多东西要学,太多东西要抛弃,太多东西要参与和对抗。

19、杂乱无章的天空下有大片麦田,我没有必要表达悲伤与孤独。——梵高

20、祝这世界继续热闹,祝我仍是我。

21、我步步回头,却也只能往前走。

22、“当你不能够再拥有,你唯一能做的,就是令自己不要忘记。”——《东邪西毒》

23、I like the night,without the dark,we’d never see the stars.

24、向前走吧,沿着你的道路,鲜花将不断开放。——泰戈尔

25、“放弃很可惜,但是有些事坚持下去本就没有意义。”

26、后来,我不再热情似火,也懒得幽默。

27、“迷失的人就迷失了,相遇的人就会再相遇。”——村上春树

28、一腔热血,不知归途。

29、如果有些失去是注定发生的,那就好好走完,这条注定会失去的路。

30、更效清都山水郎,一笑此生开心颜。

31、一样的东西破碎了就是破碎了。我宁愿记住它最好时的模样,而不想把它修补好,然后终生看着那些碎了的地方。——《飘》

32、“你看那天上的云聚了又散,散了又聚,人生离合,亦复如斯,你又何必悲伤。”——金庸

33、可能时光漫长,但旅程的终点还是如约而至,那些与你错开的人群,就像一颗颗流星划过,璀璨了整个回忆。

34、“倘若真的无从避免,倒不如先享受那顽固的欢喜。”

35、永远不要靠得太近 这就是高贵

36、什么事都可以努力,除了喜欢。

37、要单枪匹马的杀出一片光明38、你将用你的余生写一部长诗,只是诗中再不可提及那人一字。——《Lost》

39、“可能时光漫长,但旅程的终点还是如约而至,那些与你错开的人群,就像一颗颗流星划过,璀璨了整个回忆。”

40、顾城先生曾说:你不愿意种花。你说,我不愿看见它,一点点凋落。是的,为了避免结束,你避免了一切开始。

41、“深夜是打开冰箱透出的光亮,是起一罐啤酒清脆的声响,是音响里深沉的嗓音。孤独没有形状,却是无数个你白日的模样。”

42、“我喜爱一切不彻底的事物。细雨中的日光,春天的冷;琥珀里的时间,微暗的火。”

43、我喜欢的少年打天上来,他无意掀翻烛火,点燃我双眸盛满的暮色。

44、你要不顾一切让自己变得漂亮,即使是在那些糟糕的日子里。

45、不是所有人都能功成名就,我们中有些人,注定要在日常生活的点滴中寻找生命的意义。

46、这很寻常,我们相遇,然后分开;兴趣在变化,生活也马不停蹄,于是人群总是匆匆而来再四散而去,就像四季的更迭那般顺理成章。

47、我们这一生,注定看落日多于朝阳,呆在原地多于闯世界。在浑浑噩噩之间,循着一丝光明前行。

48、当你为错过太阳而哭泣的时候,你也要再错过群星了。

49、我在黄昏写下一封书信,载着落日的余辉和银河的浪漫,寄给你,寄给温柔本身。

50、宇宙山河浪漫,生活点滴温暖,都值得你前进。

51、我喜欢田野,而我愚笨。只能植荒十年,换得一时春生。

52、一个人只拥有此生此世是不够的,他还应该拥有诗意的世界。

53、雪沫乳花浮午盏,蓼茸蒿笋试春盘,人间有味是清欢。

54、“我富有天下名山大川,想起来也没什么稀奇的,不过就是一堆烂石头,野河水,浑身上下,大概也就只有这几分真心能上秤卖上二两,你要?拿去。”——Priest《镇魂》

55、“许多夜晚重叠,悄然形成黑暗,玫瑰吸收光芒,大地按捺清香,为了寻找你,我搬进鸟的眼睛,经常盯着路过的风。”
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