關注！新技術讓電動汽車在-40℃下續航增加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，但是目前的加熱系統的效率比較低(通常需要耗時數十分鐘加熱電池)，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航里程顯著增加，例如在-40℃下能夠使電動汽車的續航里程提高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據曲線，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。