鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:344次 | 2023年10月13日
新技術(shù)讓電動(dòng)汽車(chē)在-40℃下續(xù)航新增50%
隨著電動(dòng)汽車(chē)的推廣和普及,越來(lái)越多的動(dòng)力鋰電池應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)上,動(dòng)力鋰電池面對(duì)的一個(gè)很大的問(wèn)題是冬季續(xù)航里程急劇減少,這重要和鋰電池的特性有關(guān)。鋰電池在低溫下動(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(chē)在冬季的使用性能,電池組一般都會(huì)新新增熱系統(tǒng),但是目前的加熱系統(tǒng)的效率比較低(通常要耗時(shí)數(shù)十分鐘加熱電池),嚴(yán)重影響電動(dòng)汽車(chē)的使用的便利性。因此鋰電池的低溫下的熱管理問(wèn)題是我們?cè)陔姵卦O(shè)計(jì)、電池組設(shè)計(jì)過(guò)程中都要著重考慮的問(wèn)題。
近日美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)的GuangshengZhang等提出了一種基于鋰電池內(nèi)部加熱的電池組熱管理策略,能夠在短時(shí)間內(nèi)將鋰電池恢復(fù)到常溫性能,例如在-40℃下僅僅要112s就可以使得鋰電池的性能完全恢復(fù),該技術(shù)也使得電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程顯著新增,例如在-40℃下能夠使電動(dòng)汽車(chē)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,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(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)和正負(fù)極連接在一起,用于控制鋰電池的是否加熱。GuangshengZhang在上述自加熱電池的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了控制方法,能夠根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的負(fù)載情況控制加熱開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟和關(guān)閉。
我們了解在電動(dòng)汽車(chē)的使用過(guò)程中,除了正常行駛外,還會(huì)發(fā)生剎車(chē)等情況,電動(dòng)汽車(chē)在剎車(chē)等過(guò)程中一般都會(huì)進(jìn)行能量回收,在鋰電池溫度足夠的時(shí)候,這部分能量會(huì)直接存儲(chǔ)在鋰電池中,但是當(dāng)鋰電池溫度過(guò)低時(shí),為了防止鋰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。GuangshengZhang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,鋰電池在操作過(guò)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),電池電流和其相同,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(duì)鋰電池進(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(duì)影響電動(dòng)汽車(chē)的使用。同時(shí)該策略也使得剎車(chē)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(duì)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,和此同時(shí)電池的內(nèi)阻也快速?gòu)?25mW下降到10mW,這有關(guān)在低溫下快速恢復(fù)鋰電池的性能密切相關(guān)。得益于如此快速的加熱速度,鋰電池從0,-10,-20和-30℃恢復(fù)到10℃僅僅要13s,33s,46s和56s,這有關(guān)在冬季使用電動(dòng)汽車(chē)具有重要的意義。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
下圖為使用自加熱電池和使用普通電池的對(duì)照組在-40℃下使用過(guò)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(duì)照組。從電池溫度上看(圖c實(shí)驗(yàn)組,圖g對(duì)照組),自加熱電池的溫度升高速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于對(duì)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(chē)能量的回收,而對(duì)照組電池用了3000s,溫度才恢復(fù)到了0℃,從而導(dǎo)致無(wú)法回收剎車(chē)能量。
下圖為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組電池在使用的過(guò)程中各個(gè)部分消耗的能量的占比,可以看到相比于對(duì)照組,實(shí)驗(yàn)組能夠用于駕駛(紅色)的能量大大增多,這其中很重要的一部分原因是由于實(shí)驗(yàn)組電池的溫度升高很快,因此回收的剎車(chē)能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于對(duì)照組,因此明顯提高汽車(chē)的駕駛里程。
下圖為下圖為自加熱實(shí)驗(yàn)組電池在不同的溫度下能夠用于駕駛的能量變化曲線,從圖上可以看到,在-30,-20,-10和0℃下,電池能夠用于駕駛的能量分別為常溫下的78%,80%,85%和90%。同時(shí)自加熱電池設(shè)計(jì)和管理策略有關(guān)未來(lái)的高比能電池仍然十分有效,計(jì)算表明,當(dāng)鋰電池的比能量提高到300Wh/kg,在-40℃下電池用于加熱的能量會(huì)從現(xiàn)在的8.7%下降到4.8%,熱量損失能夠從11.9%下降到6.6%,可用于駕駛的能量能夠從74%,提高到85%,通過(guò)進(jìn)一步改善電池的保溫性能,還能降電池可用于駕駛的能量進(jìn)一步從85%提高到94%。
GuangshengZhang利用自加熱電池快速加熱的特性和配合相應(yīng)的管理策略,能夠使的鋰電池閑置的時(shí)間內(nèi)快速?gòu)牡蜏叵禄謴?fù)的常溫,從而幫助鋰電池快速恢復(fù)電化學(xué)性能,并且不影響電動(dòng)汽車(chē)的正常駕駛,有關(guān)提高電動(dòng)汽車(chē)在高寒地區(qū)的使用便利性具有重要的意義。同時(shí)快速恢復(fù)鋰電池的溫度,也意味著能夠在短時(shí)間內(nèi)使的鋰電池能夠接受充電,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)剎車(chē)能量充分和有效回收,這也能夠顯著的新增鋰電池可用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的能量,從而顯著的提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程??偟膩?lái)說(shuō)GuangshengZhang設(shè)計(jì)的電池管理策略,充分利用了自加熱電池的特點(diǎn),有關(guān)提升電動(dòng)汽車(chē)使用的便利性和新增電動(dòng)汽車(chē)在低溫下的續(xù)航里程具有重要的意義。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備