關(guān)注！新技術(shù)讓電動(dòng)汽車在-40℃下續(xù)航增加50%

2017-10-27 21:22:10 新能源Leader 　點(diǎn)擊量：評論 (0)

隨著電動(dòng)汽車的推廣和普及，越來越多的動(dòng)力電池應(yīng)用在電動(dòng)汽車上，動(dòng)力鋰離子電池面臨的一個(gè)很大的問題是冬季續(xù)航里程急劇減少，這主要與鋰離子電池的特性有關(guān)。鋰離子電池在低溫下動(dòng)力學(xué)條件變差，因此容量、倍率性能，特別是充電性能都有很大的下降，這一點(diǎn)在寒冷的北方冬季就變的尤為嚴(yán)重，因此為了保證電動(dòng)汽車在冬季的使用性能，電池組一般都會(huì)增加加熱系統(tǒng)，但是目前的加熱系統(tǒng)的效率比較低(通常需要耗時(shí)數(shù)十分鐘加熱電池)，嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車的使用的便利性。因此鋰離子電池的低溫下的熱管理問題是我們在電池設(shè)計(jì)、電池組設(shè)計(jì)過程中都需要著重考慮的問題。

近日美國賓夕法尼亞大學(xué)的Guangsheng Zhang等提出了一種基于鋰離子電池內(nèi)部加熱的電池組熱管理策略，能夠在短時(shí)間內(nèi)將鋰離子電池恢復(fù)到常溫性能，例如在-40℃下僅僅需要112s就可以使得鋰離子電池的性能完全恢復(fù)，該技術(shù)也使得電動(dòng)汽車的續(xù)航里程顯著增加，例如在-40℃下能夠使電動(dòng)汽車的續(xù)航里程提高49%。

該技術(shù)的核心是自加熱電池，該電池設(shè)計(jì)如上圖所示，需要在電池內(nèi)部置入兩片Ni片，每片Ni片的阻抗為78mW，分別放置在電池的1/4和3/4厚度處，兩片Ni片之間以并聯(lián)形式連接在一起，并通過一個(gè)開關(guān)與正負(fù)極連接在一起，用于控制鋰離子電池的是否加熱。Guangsheng Zhang在上述自加熱電池的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了控制方案，能夠根據(jù)電動(dòng)汽車的負(fù)載情況控制加熱開關(guān)的開啟和關(guān)閉。

我們知道在電動(dòng)汽車的使用過程中，除了正常行駛外，還會(huì)發(fā)生剎車等情況，電動(dòng)汽車在剎車等過程中一般都會(huì)進(jìn)行能量回收，在鋰離子電池溫度足夠的時(shí)候，這部分能量會(huì)直接存儲(chǔ)在鋰離子電池中，但是當(dāng)鋰離子電池溫度過低時(shí)，為了防止鋰離子電池在低溫下充電造成負(fù)極表面析鋰，這部分能量通常被浪費(fèi)掉。Guangsheng Zhang利用自加熱電池快速自加熱的特性，設(shè)計(jì)了低溫下的制動(dòng)能量回收管理程序，在電池溫度較低時(shí)，回收能量會(huì)首先用于加熱電池，當(dāng)電池溫度加熱到合適溫度后，然后會(huì)將回收的能量存儲(chǔ)到電池。

下圖為模擬駕駛情況下，鋰離子電池在操作過程中電流和功率等參數(shù)的變化，從圖d可以注意到在外部放電電流存在時(shí)，電池電流與其相同，只有在電池充電和電池處于擱置狀態(tài)時(shí)管理器才會(huì)利用內(nèi)部電流對鋰離子電池進(jìn)行加熱，功率曲線也顯示了相同的特點(diǎn)，這表明該管理策略并不會(huì)對影響電動(dòng)汽車的使用。同時(shí)該策略也使得剎車回收的能量得到了充分的應(yīng)用，首先是用在了電池的加熱上，然后是對電池進(jìn)行充電。圖c為電池的溫度和內(nèi)阻圖，從圖上可以注意到由于內(nèi)加熱電池快速加熱的特點(diǎn)，電池溫度從-40℃升高到10℃，僅用了112s，與此同時(shí)電池的內(nèi)阻也快速從125mW下降到10 mW，這對于在低溫下快速恢復(fù)鋰離子電池的性能密切相關(guān)。得益于如此快速的加熱速度，鋰離子電池從0，-10，-20和-30℃恢復(fù)到10℃僅僅需要13s，33s，46s和56s，這對于在冬季使用電動(dòng)汽車具有重要的意義。

下圖為使用自加熱電池和使用普通電池的對照組在-40℃下使用過程中的電流、功率、電池溫度和電池電壓等數(shù)據(jù)曲線，其中左邊為采用自加熱電池的實(shí)驗(yàn)組，右邊為空白對照組。從電池溫度上看(圖c實(shí)驗(yàn)組，圖g對照組)，自加熱電池的溫度升高速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于對照組，實(shí)驗(yàn)組緊緊用了112s就恢復(fù)到了20℃，并且實(shí)現(xiàn)了全部的剎車能量的回收，而對照組電池用了3000s，溫度才恢復(fù)到了0℃，從而導(dǎo)致無法回收剎車能量。

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