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新一代新能源汽车的48V技术方案
助理工程师
14:13:53　　
导读：48V BRS（Boost recuperation system）系统作为弱混技术mHEV（mild hybrid electric vehicle ）的一种，将是未来十年内性价比最高的新能源汽车技术解决方案。
油电混合动力汽车是由传统内燃机和电机共同提供动力来源的新一代新能源汽车，具有低排放、低油耗、高动力输出等优点。根据电机与传统内燃机的功率比例，可分为强混，中混和弱混。
　　48V BRS（Boost recuperation system）系统作为弱混技术mHEV（mild hybrid electric vehicle ）的一种，将是未来十年内性价比最高的新能源汽车技术解决方案。48V BRS系统相比传统内燃机汽车主要新增48V 助力回收电机（BRM， Boost Recuperation Machine），48V/12V直流功率转换器（PCU，Power Conversion Unit）和48V锂电池三个核心零部件，具有起停、能量回收、加速助力、电动爬行等功能。传统内燃机汽车，搭载第一代48V系统（电机通过皮带轮与发动机集成）节油率8~12%，搭载第二代48V系统（电机与变速箱集成）预计节油率12~19%。
　　48伏的由来
　　1）48伏是什么
　　48伏是指系统额定直流电压，并非永远稳定在48V；根据LV148定义如下图所示（见图1）：
　　a. 48伏电池电压会随着SOC（剩余电池容量）的变化而变化，例如电池常温下SOC从10％到100％，开路电压为32.5V～49.8V；
　　b. BRM电机的助力、能量回收模式也会导致48V的电压上升或者下降，当电池SOC较高时，给电池充电，需要的电压往往都会高于50V；
　　c. 直流电压不是一根直线，是存在波动的，关于直流电压允许的波动，欧洲的法规规定波动部分的有效值（即去掉均值后的等效值）要小于电压均值的10％，才算作直流电压；
　　2）为什么是48V
　　a. 60V是安全电压，根据上文提到留出10％的余量，系统允许工作的最高电压就是54V，再考虑1）中提到的电池自身电压变化和能量回收模式会使电压抬升，再留一定的余量就变成48V了。
　　b. 48V名称由来也可能还有一些历史原因。
　　48伏关键零部件简介
　　48V BRS电气网络典型连接图如下。除了BRM电机、直流转换器、48伏电池等主要零部件外，市面上48V电气负载概念产品也屡见不鲜，如48V电动增压器、48V电动加热催化器等，对48V系统的功能扩展以及推广使用也具有积极作用（见图2）。
　　1）助力回收电机（BRM）
　　典型助力回收电机如下图所示，既可以用来发电，也可以助力为车辆提供前进动力，甚至还能在48伏动力电池组驱动下快速起动发动机。BRM一般选用爪极电机，汽车上替代传统14伏发电机（见图3）。
　2）电力转换单元（PCU）
　　典型电力转换单元如下图所示，双向DC/DC变换器在48V助力回收系统中连接高压网络（《60V）和12伏网络。能量可以从高压网络向低压网络传输，对14伏网络供电；也可以从低压网络向高压网络传输，为BRM起动、助力、回收供电（见图4）。
　　3）动力电池（48V battery）
　　典型48V锂电池如下图所示，主要用于为BRM提供48V电压，制动能量回收存储能量，特定情况下为12伏电气网络提供能量（见图5）。
　　48伏系统收益
　　近些年环境污染加剧、雾霾天肆虐，国家和地方政府对减少机动车排放污染和改善环境空气质量迫在眉睫，国家四阶段企业平均油耗要求、京六法规草案的出现，将会助推48V BRS系统业务的大规模普及。
　　48V系统基本功能如下图所示，下文为大家介绍第一代48V系统技术四大主要功能：滑行起停、能量回收、电机助力及电爬行（纯电驱动）（见图6）。
　　1）滑行起停
　　车辆在滑行过程中（松开油门踏板、制动踏板）切断发动机动力使其熄火、断开传动系统，既能节省燃料又能增加车辆滑行距离；在车速较低或者踩刹车时，通过BRM快速起动发动机、回收能量（见图7）。
　　2）能量回收
　　当驾驶员制动车辆时，BRM通过发电扭矩回收制动能储存能量（见图8）。
　　3）电机助力
　　当驾驶员的需求扭矩超出当前发动机可提供的扭矩上限时，BRM电机提供额外的扭矩/功率用于加速助力。Boost，即加速助力模式可提升车辆加速性能，尤其涡轮增压发动机，当发动机转速较低时补偿发动机扭矩不足（见图9）。
　　4）电爬行
　　电爬行，即在车辆低速行驶动力仅由电机提供，不起动发动机。可在城市拥挤道路下，降低汽车排放。
　　目前国内已经多有多家主机厂正在开发搭载48V系统的混合动力车辆，预计最早从2017年开始陆续上市，这套低成本节能减排系统会逐步走入大家的生活。
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助理工程师
14:16:24　　
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19:58:15　　
是个好学习的东西，不过我才刚入门学习一下
11:23:00　　
楼主发的资料能深入浅出说明白，很适合我这种刚入门的
等待验证会员
11:26:44　　
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　　近日，国家自然科学基金委员会（以下简称基金委）第167期双清论坛在天津成功召开。本次论坛由基金委工程与材料科学部和政策局联合主办，天津大学承办，论坛主题为“新一代综合能源电力系统”。论坛主席由周孝信院士、刘吉臻院士、王成山教授担任。来自30多个高校和科研院所的100余位专家学者参加了此次论坛，其中包括5位院士，35位国家杰出青年科学基金获得者、长江学者特聘教授、“千人计划”学者、优秀青年科学基金获得者和“千人计划”青年项目获得者。
　　本次论坛围绕“新一代综合能源电力系统”这一主题，从能源系统结构变革、发展趋势与电力系统应对措施、关键技术等角度，安排了2个大会报告和18个专题报告。来自电气、信息、工程热物理、管理等多个学科领域的与会代表针对相关的国家重大需求，从宏观到微观，对研究热点、研究趋势、重大科学问题、重点研究内容进行了深入交流。
　　会议研讨了新一代综合能源电力系统的自身内涵和体系构架，梳理了其与智能电网及能源互联网在发展理念、关键技术、体系构架上的区别与联系，探讨了未来能源电力系统的系统规划、运营机制及商业模式。会议认为，新一代综合能源电力系统不仅存在各类能源多环节复杂的时空耦合关系，同时还是能源系统与信息系统深入融合的产物，是一个典型的信息物理系统（Cyber-Physical System, CPS），具有超高维数、强非线性、复杂多时标、强耦合性、强随机性等特征。会议指出，各类能源之间的互补优化、各自产-输-转-储-荷环节的最优调控以及系统故障时多能源耦合场景下的系统稳定性分析、安全调控理论与技术是保证新一代综合能源电力系统安全、稳定和高效运行的基础。
　　会议聚焦“新一代综合能源电力系统”，凝练了未来5-10年需要国家重点支持的多个重点研究方向，覆盖了新一代综合能源电力系统的源端、荷端（用户）及输配送网络，具体包括新一代综合能源电力系统的架构与建模仿真、规划运营、优化运行、保护控制、能量变换与装备、多能存储等多个重要科学问题及关键技术基础等。
　　基金委工程与材料科学部、政策局等相关部门工作人员参加了本次论坛。
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新一代能源——纤维素燃料
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新一代能源——纤维素燃料摘要：纤维素燃料的研究对于缓解能源危机，保护环境至关重要，然而自然环境下的纤维素材料不易被降解，其主要受阻于生物质抗降解屏障。本文介绍了生物质抗降解屏障的产生以及酶的作用机理，同时对纤维素燃料未来技术的发展方向及其商业化挑战做了简短的概括。关键词：纤维素燃料；生物质抗降解屏障；CBP前言随着全球经济的飞速发展，石化资源日益枯竭，能源危机成了世界各国所面临的一个严峻问题。据美国能源部资料显示,以目前全球的经济增长速度计算，适合于经济开采的石油和天然气资源分别只能再维持25年和45年,煤炭资源也仅够开采100年[1]。不仅如此，传统能源的使用还带来了环境恶化和物价上涨的双重危害。2007年，气候变化多国会议确认，自1950年起全球气候变暖90%源于能源消耗排放的CO2和其他温室气体。同时，能源需求上涨导致原料价格上涨，由此产生一系列的连锁反应，最终致使几乎所有的日常生活用品和服务价格上涨[2]。利用生物质生产可再生能源，被认为是减小能源危机和环境压力的最有效途径之一。2007年美国能源独立与安全法（EISA）确定了可再生燃料标准（RFS），RFS要求美国可再生燃料生产将从2008年的90亿加仑/年增加到2022年的360亿加仑/年，其中160亿加仑有望来源于木质纤维素[3]。纤维素燃料的益处石油为全球提供了大约35%的能源，超过了其他传统能源，战争多发地区几乎占据了已知的所有石油储备。据资料显示，超过50%的石油被用于运输，运输所用的能源几乎完全来源于石油[4]。由此，寻找运输能源的替代燃料对于缓解能源压力，保障交通运输显得至关重要。纤维素燃料恰恰能够满足这样的需求。纤维素燃料的生产不仅能够显著减少石油进口，保障能源安全，促进农业发展，还可以增加就业，减少因石油进口导致的贸易逆差[5]。利用木质素为纤维素燃料生产提供，减少石化燃料在原料生长、收获、运输以及转化过程中的摄入，将有利于形成理想的能量均衡体系。以整个生命周期计算，摄入的石化能量低于所获乙醇能量的10%，更重要的是减少了温室气体的排放，温室气体排放量不足石化燃料的12%[6]，如用电替代煤燃料或在整个过程中更多的利用可再生燃料，这个比率还减少。同时，我们还可以将生物质转化过程中（主要为发酵阶段）生成的二氧化碳进行有效，如扣押在地下或通过某些新兴技术转化为其他有效物质等。生物质抗降解屏障目前，具有成本竞争力的燃料的生产主要受阻于3个方面：1、高原料成本；2、高预处理费用；3、高的生物转化成本[7]。其中后两者与生物质抗降解屏障密切相关，如果要实现纤维素燃料的商业化，我们就必须克服生物质抗降解屏障带来的诸多问题。在长期自然选择的过程中，植物形成了非常复杂的结构和化学机制，用于抵抗来自于微生物和动物的侵害。木质纤维素对化学物质或者酶的阻滞主要源于以下几个因素：1、植物的表皮组织，特别是角质层和表面蜡质；2、维管束的排列和密度；3、厚壁组织的相对含量；4、木质化程度；5、结构异质和复杂的细胞壁成分，如微纤维和基质聚合物；6、酶作用于不溶性底物的挑战；7、发酵生成的抑制剂，包括本身存在于细胞壁中和在转化过程中生成的抑制剂；8、精炼过程中，生物质的化学和结构要素对酶渗透性和活力的影响[8]。在分子水平，细胞壁微纤维核心——结晶纤维素对化学和生物水解具有高度阻抗作用。结晶纤维素中纤维素链精密排列，纤维素中葡萄糖残基的椅式结构迫使羟基形成径向排列，而脂肪氢原子位于轴向位置。结果，在纤维素片中，邻近的分子链形成很强的氢键作用，同时在纤维素片间形成较弱的疏水作用。强的氢键网络是结晶纤维素抵抗酶水解的主要手段；同时纤维素片的疏水面能够在水合纤维素表面形成一层致密的水分子保护层从而抵抗酸的水解[9]。不仅如此，植物的高级结构也是形成生物质抗降解屏障的要素之一，纤维素微纤维被嵌入在由半纤维素和木质素等高聚物形成的矩阵中，半纤维素具有多分枝的结构，它与坚硬的非多糖类聚合物木质素结合在纤维素表面形成一层致密的包被，抵抗酶和化学物质的侵袭[3]。另外，无论是在宏观或是微观水平，生物质的结构异质对于化学或生物催化剂的传递都造成了巨大的。酶降解自然界中，多种微生物可以利用纤维素，他们产生协同作用的酶，如纤维小体；或单独作用的酶，如大多数真菌和细菌生成的纤维素酶[8]。尽管到目前为止，我们仍然不能完全了解有多少种酶参与了细胞壁的降解，然而三大类酶被公认是降解细胞壁材料所必需的：纤维素酶，半纤维素酶和起辅助作用的酶，包括半纤维素脱支酶，酚醛酸酯酶，木质素降解和修饰酶等[3]。一旦细胞壁中微纤维的半纤维素屏障被打破，纤维素酶就可以对这些结构中的结晶纤维素核心进行降解。目前，对于纤维素酶水解的确切反应机理尚不清楚，还处于研究阶段，但普遍认为天然纤维素水解成葡萄糖必须依靠3种组分酶的协同作用，
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