關注！新技術讓電動汽車在-40℃下續(xù)航增加50%

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

隨著電動汽車的推廣和普及，越來越多的動力電池應用在電動汽車上，動力鋰離子電池面臨的一個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。鋰離子電池在低溫下動力學條件變差，因此容量、倍

隨著電動汽車的推廣和普及，越來越多的動力電池應用在電動汽車上，動力鋰離子電池面臨的一個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。鋰離子電池在低溫下動力學條件變差，因此容量、倍率性能，特別是充電性能都有很大的下降，這一點在寒冷的北方冬季就變的尤為嚴重，因此為了保證電動汽車在冬季的使用性能，電池組一般都會增加加熱系統(tǒng)，但是目前的加熱系統(tǒng)的效率比較低(通常需要耗時數(shù)十分鐘加熱電池)，嚴重影響電動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計、電池組設計過程中都需要著重考慮的問題。

近日美國賓夕法尼亞大學的Guangsheng Zhang等提出了一種基于鋰離子電池內部加熱的電池組熱管理策略，能夠在短時間內將鋰離子電池恢復到常溫性能，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，該技術也使得電動汽車的續(xù)航里程顯著增加，例如在-40℃下能夠使電動汽車的續(xù)航里程提高49%。

該技術的核心是自加熱電池，該電池設計如上圖所示，需要在電池內部置入兩片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，并通過一個開關與正負極連接在一起，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上設計了控制方案，能夠根據(jù)電動汽車的負載情況控制加熱開關的開啟和關閉。

我們知道在電動汽車的使用過程中，除了正常行駛外，還會發(fā)生剎車等情況，電動汽車在剎車等過程中一般都會進行能量回收，在鋰離子電池溫度足夠的時候，這部分能量會直接存儲在鋰離子電池中，但是當鋰離子電池溫度過低時，為了防止鋰離子電池在低溫下充電造成負極表面析鋰，這部分能量通常被浪費掉。Guangsheng Zhang利用自加熱電池快速自加熱的特性，設計了低溫下的制動能量回收管理程序，在電池溫度較低時，回收能量會首先用于加熱電池，當電池溫度加熱到合適溫度后，然后會將回收的能量存儲到電池。

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，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)時管理器才會利用內部電流對鋰離子電池進行加熱，功率曲線也顯示了相同的特點，這表明該管理策略并不會對影響電動汽車的使用。同時該策略也使得剎車回收的能量得到了充分的應用，首先是用在了電池的加熱上，然后是對電池進行充電。圖c為電池的溫度和內阻圖，從圖上可以注意到由于內加熱電池快速加熱的特點，電池溫度從-40℃升高到10℃，僅用了112s，與此同時電池的內阻也快速從125mW下降到10 mW，這對于在低溫下快速恢復鋰離子電池的性能密切相關。得益于如此快速的加熱速度，鋰離子電池從0，-10，-20和-30℃恢復到10℃僅僅需要13s，33s，46s和56s，這對于在冬季使用電動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驗組，右邊為空白對照組。從電池溫度上看(圖c實驗組，圖g對照組)，自加熱電池的溫度升高速度要遠遠快于對照組，實驗組緊緊用了112s就恢復到了20℃，并且實現(xiàn)了全部的剎車能量的回收，而對照組電池用了3000s，溫度才恢復到了0℃，從而導致無法回收剎車能量。