北理工盟固利發(fā)布全氣候電池 -45℃可正常使用

將于2022年舉行的北京-張家口冬季奧運(yùn)會(huì)為電動(dòng)汽車整車和電池技術(shù)進(jìn)步提供了契機(jī)。8月31日，北京理工大學(xué)、中信國安盟固利動(dòng)力科技有限公司等在北京發(fā)布“面向冬奧環(huán)境的新能源汽車與低溫電池技術(shù)成果”，宣布研發(fā)成功并量產(chǎn)在零下45度環(huán)境中仍能正常工作的全氣候電池產(chǎn)品，以及相應(yīng)的新能源汽車整車及關(guān)鍵零部件技術(shù)，以確保中國首次承辦的冬奧會(huì)既能做到綠色，又能“萬無一失”。

北京理工大學(xué)電動(dòng)汽車輛國家工程實(shí)驗(yàn)室主任、北京市新能源汽車聯(lián)席會(huì)專家組首席專家孫逢春

冬奧組委的目標(biāo)是把北京冬奧會(huì)辦成一屆“精彩、非凡、卓越的奧運(yùn)盛會(huì)”，但相比2008年夏季奧運(yùn)會(huì)，舉辦冬奧會(huì)的難度和挑戰(zhàn)更大。對(duì)于電動(dòng)汽車來說，低溫條件下，電動(dòng)車輛動(dòng)力電池的充、放電性能下降，電池容量和壽命衰減，導(dǎo)致車輛續(xù)駛里程及整車動(dòng)力性能顯著下降，充電時(shí)間明顯延長。而2022年冬奧會(huì)期間，新能源汽車將不得不在-20℃至-30℃的低溫環(huán)境中運(yùn)行。張家口地區(qū)冬季平均溫度為-10℃左右，崇禮室外賽區(qū)在極寒時(shí)溫度將降至-23℃。

為了解決這些問題，北京理工大學(xué)、中信國安盟固利動(dòng)力科技有限公司和美國EC POWER公司合作開發(fā)了超低溫區(qū)域帶自加熱技術(shù)的鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)產(chǎn)品并進(jìn)行量產(chǎn)。

自加熱電池結(jié)構(gòu)圖，Cathode為正極，Anode為負(fù)極，Elecetrolyte為電解液，metal foil指的是鎳箔

這一電池自加熱技術(shù)源于美國賓夕法尼亞州立大學(xué)一支由王朝陽教授帶領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。2016年1月，他們發(fā)表在《自然》雜志上的論文稱，他們?cè)阡囯姵刂屑尤胪姾竽馨l(fā)出熱量的鎳箔。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，只要環(huán)境溫度低于0℃，電池中一部分電流就會(huì)改變流向，流過鎳箔，產(chǎn)生熱量，提高電池溫度，激發(fā)電池的化學(xué)反應(yīng)，讓電池正常工作；一旦電池內(nèi)部溫度超過0℃，流向鎳箔的電流就會(huì)被切斷，讓電池恢復(fù)到普通工作狀態(tài)。

與傳統(tǒng)的外部加熱方式不同，自加熱技術(shù)能夠快速提升電池溫度?；谧约訜峒夹g(shù)的電池系統(tǒng)可在幾十秒內(nèi)使電池溫度從-30℃上升到0℃以上，從而激活動(dòng)力電池的正常應(yīng)用。而外部加熱可能耗時(shí)長達(dá)30分鐘，而且能耗高、效率低。

自加熱技術(shù)只改變電池結(jié)構(gòu)，并不涉及電池材料的改變。

北京理工大學(xué)電動(dòng)車輛國家工程實(shí)驗(yàn)室主任、北京市新能源汽車聯(lián)席會(huì)專家組首席專家孫逢春說，自加熱技術(shù)適用于各種材料的鋰電池，而且成本很低，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)電池安全性能也沒有影響。電池系統(tǒng)比能量達(dá)到170Wh/kg，系統(tǒng)可靠性實(shí)驗(yàn)累計(jì)完成切斷次數(shù)超過5000次。這種電池自加熱技術(shù)將徹底解決電動(dòng)汽車在冬季續(xù)駛里程急劇下降、無法啟動(dòng)、衰減、安全隱患等諸多難題，對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展具有里程碑的意義。

王朝陽教授說，自加熱技術(shù)解決了電池怕冷的難題，打開了鋰電池在手機(jī)、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、無人機(jī)等很多領(lǐng)域嶄新的應(yīng)用前景。

2016年5月，王朝陽在國內(nèi)的一個(gè)會(huì)議上談到自加熱技術(shù)時(shí)表示。采用自加熱技術(shù)后，每度電增加0.1千克的重量，以及0.6-0.7元錢成本。

目前尚不清楚，采用自加熱技術(shù)的電池大規(guī)模量產(chǎn)之后的成本情況。

除了低溫電池技術(shù)和全氣候電池產(chǎn)品以外，為了應(yīng)對(duì)冬奧會(huì)河北賽區(qū)的山區(qū)地形、道路坡度和冰雪路面等復(fù)雜路況對(duì)新能源汽車自主決策能力的挑戰(zhàn)，北京理工大學(xué)及理工華創(chuàng)電動(dòng)車技術(shù)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了智能網(wǎng)聯(lián)整車控制器（iVCU）和無動(dòng)力中斷自動(dòng)變速電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品，可以滿足低溫環(huán)境下整車系統(tǒng)的高效智能控制要求。

另外，北京理工大學(xué)與湖南華強(qiáng)電氣股份有限公司合作研發(fā)的低溫補(bǔ)氣增焓冷暖空調(diào)技術(shù)可以很好的解決電動(dòng)汽車冬季采暖需求。與傳統(tǒng)電阻絲（PTC）制熱方式相比，具有寬溫區(qū)、高能效、安全性好等特點(diǎn)，能解決溫度受限及能效低的難題，可以滿足冬奧電動(dòng)汽車低溫環(huán)境制熱要求。

在北京市科委支持下，北京理工大學(xué)與清華大學(xué)、福田汽車、北汽新能源、宇通客車、湖南華強(qiáng)等企業(yè)組成的新能源汽車項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)取得的低溫環(huán)境下整車系統(tǒng)集成技術(shù)突破為冬奧期間的新能源汽車應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

據(jù)孫逢春介紹，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)計(jì)劃2017年完成搭載全氣候電池和低溫增焓冷暖空調(diào)的新能源大客車、豪華中巴車和轎車原理樣車的研制；2018年春節(jié)前，完成全氣候新能源汽車在高寒地區(qū)（東北漠河或內(nèi)蒙等）的驗(yàn)證試驗(yàn)。2019-2020年完成全氣候自動(dòng)駕駛新能源汽車、高速燃料電池大客車產(chǎn)品定型和示范考核。