美國(guó)《2005年先進(jìn)電力電子和電氣機(jī)械項(xiàng)目年度進(jìn)展報(bào)告》簡(jiǎn)介

      國(guó)能源部下屬能源效率和可再生能源辦公室領(lǐng)導(dǎo)的自由汽車技術(shù)項(xiàng)目（FreedomCAR and V寬槽型振動(dòng)給煤機(jī)ehicle Technologies Program, FCVT）于2006年初發(fā)布了《2005年先進(jìn)電力電子和電氣機(jī)械項(xiàng)目年度進(jìn)展報(bào)告》。
&n回轉(zhuǎn)分級(jí)篩bsp;
先進(jìn)電力電子和電氣機(jī)械項(xiàng)目的研究方向是解決混和動(dòng)力汽車、電池汽車等先進(jìn)汽車所用的各種新型技術(shù)、成本障礙。其中關(guān)鍵的是碎石機(jī)設(shè)備在混和動(dòng)力汽車的實(shí)際應(yīng)用中，如何實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的電力牽引動(dòng)力系統(tǒng)，而這又涉及到電力電子、電氣機(jī)械子系統(tǒng)的重量、體積和成本目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，先進(jìn)電力電子和電氣機(jī)械項(xiàng)目的研發(fā)領(lǐng)域主要包括：
&nbs輸送機(jī)鏈p;
更高能量密度和更低成本的新型牽引電動(dòng)機(jī)激振器設(shè)計(jì)；
分級(jí)篩 
擁有新型更高效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和適應(yīng)更高溫環(huán)境的逆變流器技術(shù)震動(dòng)喂料機(jī)；
&nbs喂料機(jī)p;
通過(guò)減FTS-190型旋轉(zhuǎn)篩少零部件數(shù)量和功能集成達(dá)到減小尺寸、降低重量和成本目的的變流器；
 篩沙機(jī)械;
更高效的振動(dòng)電機(jī)熱控制和包裝技術(shù)；
&n碎石機(jī)bsp;
電動(dòng)機(jī)/逆變流器的集雙輥機(jī)成。
物料提升機(jī) 
新發(fā)布的金屬輸送帶這份進(jìn)展報(bào)告著重討論了2005年美國(guó)圍繞以上領(lǐng)域所開(kāi)展的技術(shù)研究以及重點(diǎn)成果。報(bào)告共233頁(yè)，分四個(gè)部分：技術(shù)支持、熱管理與系統(tǒng)、電氣機(jī)械技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)、電力電子技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。
“技術(shù)支持”兩個(gè)主題
電力電子交叉分析，是所有研究項(xiàng)目的基礎(chǔ)，通過(guò)確定所關(guān)注領(lǐng)域的潛力、篩選研發(fā)項(xiàng)目、確定籌資伙伴、確定潛在的研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行研發(fā)、確定協(xié)議、監(jiān)測(cè)研發(fā)等主要工作，促進(jìn)不同研究機(jī)構(gòu)不同主管部門之間的戰(zhàn)略合作，降低電力電子和電氣機(jī)械的零部件以及系統(tǒng)的重量、數(shù)量和成本。
 
2005年“技術(shù)支持”工作組完成了一項(xiàng)與碳化硅有關(guān)的交叉型研究任務(wù)：準(zhǔn)備一份關(guān)于碳化硅電力電子技術(shù)當(dāng)前工藝水平的綜合研究報(bào)告，以及為利用這種新型電力電子設(shè)備材料的所有優(yōu)勢(shì)評(píng)估研發(fā)需求。
 
多元輸入獨(dú)立雙向新型直流-直流變流器的開(kāi)發(fā)，目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種成本低、重量輕、能量密度高的雙向直流-直流變流器。這種變流器連接燃料電池車輛（FCV）的多級(jí)能量存儲(chǔ)元件，可以優(yōu)化燃料電池和板上能量存儲(chǔ)元件，例如蓄電池和超級(jí)電容之間的能量流。
 
這種變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以增加系統(tǒng)的生命周期，優(yōu)化燃料電池和能量存儲(chǔ)元件的尺寸和重量，以及提升汽車系統(tǒng)的動(dòng)力行為和效率。而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的途徑在于利用磁性流量器技術(shù)以可控的方式結(jié)合不同輸入能量，同時(shí)通過(guò)變壓器連接蓄電池、超級(jí)電容和負(fù)載。由于這種變流器技術(shù)實(shí)際是建立在單輸入軟開(kāi)關(guān)雙向直流-直流變流器的基礎(chǔ)之上，因此仍保留有軟開(kāi)關(guān)，具有設(shè)備數(shù)量最少、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
 
2005年，多元輸入獨(dú)立雙向新型直流-直流變流器的開(kāi)發(fā)，主要完成了原理分析和仿真檢驗(yàn)、實(shí)用設(shè)計(jì)方針推導(dǎo)、相關(guān)工具軟件開(kāi)發(fā)、5KW硬件原型構(gòu)造和測(cè)試以及根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)穩(wěn)態(tài)能量流控制。
“熱管理與系統(tǒng)”六個(gè)主題
“熱控制”的目標(biāo)是驗(yàn)證是否可用熱控制方法將賽米控（Semikron）公司的600伏電力電子系統(tǒng)SKAI的逆變流器尺寸到2006年減小到50%，到2008年減小到三分之一，而其他所有性能不會(huì)降低。2005年的研究成果包括：驗(yàn)證了用于冷卻逆變流器和電機(jī)浮圈（floating-loop）的有效性，啟動(dòng)薄膜電容器的新直接冷卻方法研究工作，新興兩段冷卻技術(shù)中期評(píng)估報(bào)告，冷卻液（包括絕緣體強(qiáng)度）研究。
 
“零部件特性描述”的目標(biāo)是測(cè)試電容器和磁體的可靠性、衰退趨勢(shì)和強(qiáng)度是否能夠滿足15年的服務(wù)壽命需要。2005年完成了采用LABView，能夠適應(yīng)各種極端條件測(cè)試的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAC)的建立。
 
“競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)對(duì)比”的任務(wù)是對(duì)全球汽車市場(chǎng)上最新的非美國(guó)公司的混和電動(dòng)汽車進(jìn)行電、熱相關(guān)技術(shù)的比較。主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)是美國(guó)Oak Ridge國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）。
 
2005年主要完成了：前置發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試準(zhǔn)備、2004年豐田汽車混和電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中期評(píng)估報(bào)告、前置發(fā)動(dòng)機(jī)的恒速熱測(cè)試、對(duì)前置發(fā)動(dòng)機(jī)和逆變流器封裝分析峰值功率與質(zhì)量或容量比、前置發(fā)動(dòng)機(jī)全速測(cè)試、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提升為可將Yokogawa PZ4000功率表和眾多其他來(lái)源的數(shù)據(jù)寫入單一電子表格、開(kāi)始前置系統(tǒng)性能的最后測(cè)試、所有HEV所需混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的零部件的購(gòu)置等等。
 
“噴射冷卻電力電子元件”的目標(biāo)是通過(guò)模擬透視探索電力電子中使用噴射冷卻的前景。2005年初步了解了不同冷卻循環(huán)液的性能表現(xiàn)，水有凍結(jié)的問(wèn)題，乙二醇和水的混和物有穩(wěn)定性、腐蝕性、壓力等問(wèn)題需要進(jìn)一步克服，R-134a的可用性需要進(jìn)一步研究。
 
“低熱阻IGBT結(jié)構(gòu)”希望能夠解決三個(gè)主要問(wèn)題：降低絕緣閘兩極晶體管（IGBT，insulated gate bipolar transistor）和冷卻劑之間的熱阻，使用初始溫度為105°C的冷卻劑，減小熱管理單元的尺寸和成本。
 
設(shè)定的解決方法主要是：用有限元分析（FEA）方法對(duì)傳統(tǒng)IGBT結(jié)構(gòu)模型和低熱阻結(jié)構(gòu)模型作對(duì)比，找出可以改進(jìn)完善的結(jié)構(gòu)，再與產(chǎn)業(yè)界合作進(jìn)行硬件的測(cè)試和應(yīng)用。這一研究項(xiàng)目起步于2005年，當(dāng)年實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模型的建立，對(duì)比結(jié)果顯示了64%的熱阻降低，目前正在研究新型設(shè)計(jì)。此外，2005年的研究結(jié)果也表明，由于熱阻的降低，使用105°C的冷卻劑是可行的。
 
“汽車電力電子元件噴射冷卻的應(yīng)用評(píng)估”，由于現(xiàn)在還很難規(guī)范各種模擬參數(shù)，因此，項(xiàng)目重點(diǎn)在于觀察分析試驗(yàn)結(jié)果，2005年初步完成了對(duì)R-134a的特性研究。
電氣機(jī)械技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)四個(gè)主題
“區(qū)域弱化和CPSR（constant power speed range）加強(qiáng)技術(shù)”，研究怎樣通過(guò)電壓控制、流量控制、電感控制、逆變流器控制和磁阻控制五種手段實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的最佳運(yùn)行。每種技術(shù)手段都在2005年實(shí)現(xiàn)了一些新的突破。
 
“電機(jī)研發(fā)”的目標(biāo)是無(wú)刷電機(jī)的永磁鐵（RIPM-BFE，reluctance interior permanent magnet with brushless field excitation），2005年開(kāi)發(fā)了一種比豐田電機(jī)磁圈短30%的永磁鐵。
 
“先進(jìn)牽引電動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)（RFP）”于2005年初開(kāi)發(fā)了一種新型牽引電動(dòng)機(jī)，經(jīng)過(guò)多次修改，基本可以滿足FreedomCAR的2010年目標(biāo)和規(guī)范。
 
“永磁鐵粉末開(kāi)發(fā)”一方面要實(shí)現(xiàn)永磁鐵材料的運(yùn)行溫度從120°C提升到200°C，一方面要保證性能提高的同時(shí)，成本降低。
電力電子技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)側(cè)重點(diǎn)
電力電子技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)側(cè)重于各種用途的變流器/逆變流器、電容器。
 
這一領(lǐng)域的研究對(duì)象包括公交車多級(jí)電壓系統(tǒng)的集成直流-直流變流器、混和電動(dòng)汽車和燃料電池汽車的集成逆變流器、混和電動(dòng)汽車和燃料電池汽車的直流-直流變流器、混和電動(dòng)汽車的高性能嵌入式金屬薄膜（Film-on-Foil）電容器、高溫薄膜電容器、直流總線電容器的玻璃陶瓷絕緣材料，以及寬帶隙（Wide-Bandgap）半導(dǎo)體、燃料電池汽車Z極功率轉(zhuǎn)換器、Semikron汽車集成能量模塊測(cè)試。
 
這份報(bào)告中，還對(duì)每個(gè)項(xiàng)目的技術(shù)討論情況、階段研究成果和未來(lái)研究方向做了簡(jiǎn)單介紹。應(yīng)該說(shuō)，美國(guó)同行在研究方向、研究進(jìn)度、過(guò)程控制等方面的做法和經(jīng)驗(yàn)，值得我們國(guó)內(nèi)同仁參考借鑒。