電池?zé)峁芾硌芯恳饬x

版權(quán)聲明：本文為IND4汽車人版權(quán)所有，未經(jīng)網(wǎng)站官方許可嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載

據(jù)外媒報道，寶馬與美國的EC Power公司就低溫鋰離子電池技術(shù)——全氣候電池技術(shù)（All-Climate-Battery，ACB）簽訂了知識產(chǎn)權(quán)協(xié)議（intellectual property agreement）。

當(dāng)環(huán)境溫度低于冰點（freezing point）以下，大多數(shù)鋰離子電池的運行會受到影響，對電動車及混動車而言，這無疑是一個問題。為此，車企需要為上述車輛配置額外的加熱器，提升其車載電池的溫度。

EC Power旗下的一項專利技術(shù)可創(chuàng)建自動加熱功能，在低溫環(huán)境下為電池加熱，使其能夠在冰點以下的環(huán)境中保持正常運行。此外，從加熱到達到最佳工況（optimal operating condition）僅需數(shù)秒，既可以提前加熱電池，也可能在駕駛中啟用該功能。

該款快速自動加熱功能還能實現(xiàn)電動車在低溫環(huán)境下的快速充電，因為該款電池的電芯采用了定制材料，且無需使用外部電源。

該自動加熱機制可創(chuàng)建一個電化學(xué)接口，只需20秒就能使電池內(nèi)部溫度從零下20℃加熱至0℃，只需30秒就能使電池內(nèi)部溫度從零下30℃加熱至0℃，分別消耗3.8%與5.5%的電池容量。

該公司利用AutoLion軟件及計算機輔助設(shè)計，將其研究發(fā)現(xiàn)用于研發(fā)全新電池及儲能裝置，該公司在賓夕法尼亞州還擁有一家電池工廠。該工廠當(dāng)前可生產(chǎn)數(shù)千個柱狀電池及軟包電池（prismatic and pouch cell），可用于驗證量產(chǎn)的可行性及車內(nèi)測試。

話題“電池?zé)峁芾怼?/p>

汽車人 新啟點

“難道你也怕冷？”

毫無疑問溫度因素對動力電池性能、壽命、安全性有著至關(guān)重要的影響。一般來說我們期望電池系統(tǒng)能在15~35℃的區(qū)間內(nèi)運行，從而實現(xiàn)最佳的功率輸出和輸入、最大的可用能量，以及最長的循環(huán)壽命（雖然低溫存儲更能延長電池的日歷壽命，但在應(yīng)用上實踐低溫存儲的意義并不大，這一點上電池和人非常相似）。

“怕熱怎么辦？”

目前動力電池系統(tǒng)的熱管理主要可分為四類，自然冷卻、風(fēng)冷、液冷、直冷。其中自然冷卻是被動式的熱管理方式，而風(fēng)冷、液冷、直流是主動式的，這三者的主要區(qū)別在于換熱介質(zhì)的不同。

· 自然冷卻

自然冷卻沒有額外的裝置進行換熱。例如BYD在秦，唐，宋，E6，騰勢等采用LFP電芯的車型上都采用了自然冷卻。據(jù)了解后續(xù)BYD在采用三元電芯的車型將切換為液冷。

· 風(fēng)冷

風(fēng)冷采用空氣作為換熱介質(zhì)。常見的有兩種，第一種姑且稱為被動風(fēng)冷，直接采用外部空氣換熱。第二種則為主動風(fēng)冷，可預(yù)先對外部空氣進行加熱或冷卻后再進入電池系統(tǒng)。早期許多日韓系的電動車型采用風(fēng)冷方案。

· 液冷

液冷采用防凍液（比如乙二醇）作為換熱介質(zhì)。方案中一般會有多路不同的換熱回路，例如VOLT具有散熱器回路、空調(diào)回路、PTC回路，電池管理系統(tǒng)根據(jù)熱管理策略進行響應(yīng)調(diào)節(jié)和切換。而TESLA Model S有一個與電機冷卻串聯(lián)的回路，當(dāng)電池在低溫狀態(tài)下需要加熱時，電機冷卻回路與電池冷卻回路串聯(lián)，電機可為電池加熱。當(dāng)動力電池處于高溫時，電機冷卻回路與電池冷卻回路將被調(diào)節(jié)為并聯(lián)，兩套冷卻系統(tǒng)獨立散熱。

1.氣態(tài)冷凝器

2.副冷凝器

3.副冷凝器扇

4.氣態(tài)冷凝器扇

5.空調(diào)壓力傳感器 (高壓側(cè))

6.空調(diào)溫度傳感器 (高壓側(cè))

7.電子空調(diào)壓縮機

8. 空調(diào)壓力傳感器 (低壓側(cè))

9. 空調(diào)溫度傳感器 (低壓側(cè))

10. 膨脹閥 (冷卻器)

11. 膨脹閥（蒸發(fā)箱)

· 直冷

直冷采用制冷劑（變相材料）作為換熱介質(zhì)，制冷劑能在氣液相變過程中吸收了大量的熱，相比冷凍液而言換熱效率可提升三倍以上，更快速的將電池系統(tǒng)內(nèi)部的熱量帶走。BMW i3中曾采用過直冷方案。

電池系統(tǒng)熱管理方案除了需要考慮冷卻效率以外還需要考慮所有電池溫度的一致性。PACK有著成百上千個電芯，而溫度傳感器必然無法檢測到每一個電芯。例如Tesla Model S的一個模塊中共有444個電芯，而布置的溫度檢測點僅有2個。因此需要通過熱管理設(shè)計使得電池盡可能保持一致。并且較好的溫度一致性是電池功率、壽命、SOC等性能參數(shù)一致的前提。

VOLT電池包中每兩片電芯共用一個Fin片，以增大冷卻裝置和電池的接觸面積；而在電芯另一側(cè)采用防火隔熱片與相鄰電芯隔離，一方面確保熱量傳導(dǎo)的一致性，另一方面將單一電芯熱失控后對周邊電芯的影響降至最低。

總的來看液冷技術(shù)還是目前最為主流的方式。首先是電池發(fā)展的趨勢始終朝著能量密度更高的方向邁進，而高能量密度的電池在安全性上的問題就尤為需要重視，熱失控后產(chǎn)生的負(fù)面影響會越來越大，液冷方案在換熱能力、換熱一致性、PACK密封性、NVH等方面都有著不錯的表現(xiàn)。其次液冷在傳統(tǒng)車上早已成熟應(yīng)用，有著完善的供應(yīng)鏈，當(dāng)電池系統(tǒng)的設(shè)計方案和工藝穩(wěn)定后成本也可得到有效控制。

電芯JR各向?qū)嵯禂?shù)的測量與計算方法

課程簡介：

簡單介紹以下內(nèi)容：

1、如何利用穩(wěn)態(tài)法測量正、負(fù)極片的法向?qū)嵯禂?shù)；

2、如何利用瞬態(tài)法測量單層極片的法向和水平方向?qū)嵯禂?shù)

3、如何直接測量JR的法向?qū)嵯禂?shù)；

4、JR法向?qū)嵯禂?shù)測量值與計算值比較，分析誤差；

5、JR水平方向?qū)嵯禂?shù)計算值；

本課程中的所有數(shù)據(jù)皆為作者親自測量，并用仿真分析和實際測試對比驗證，證明其準(zhǔn)確程度非常高；

謹(jǐn)以此拋磚引玉，謝謝！

“最近該怕冷了吧？”

動力電池低溫加熱方式

目前困擾電動汽車安全、壽命、性能的另一個重要障礙是在低溫場景下的運行。傳統(tǒng)車由于內(nèi)燃機運行過程中本來就會產(chǎn)生大量廢熱，因此在冬季正好可以把這部分廢能利用起來。而電動汽車能量利用率可達90%以上，當(dāng)需要制熱時就需要額外通過車載加熱器來提供熱量。所以本文試著梳理一下動力電池低溫管理的方法和策略。

1. 場景分析

根據(jù)SOC荷電狀態(tài)和充放電運行狀態(tài)可將低溫下的運行場景初步劃分為四個區(qū)間：

· 高荷電態(tài)放電：鋰電池放電溫度區(qū)間可達-30℃~55℃，因此在該區(qū)間即便是低溫也不影響車輛啟動。但低溫狀態(tài)導(dǎo)致的容量衰減和能量回收限制將使得車輛續(xù)航里程驟降。采用即時加熱的方法，車輛運行和電池加熱同時進行既能逐漸恢復(fù)。

· 低荷電態(tài)放電：當(dāng)?shù)蜏匾鸬娜萘康乃p大于剩余電量的時候，車輛已經(jīng)無法正常啟動并運行，否則將觸發(fā)BMS單體低壓報警。在這種場景下可以先進入預(yù)熱模式，動力電池輸出較小的功率給車載加熱設(shè)備，待動力電池容量恢復(fù)后再啟動?；蛘咧苯舆M入充電模式。

· 低荷電態(tài)充電：鋰電池在0℃以下充電容易產(chǎn)生析鋰現(xiàn)象，引起不可逆的損傷和安全問題。在此場景下可以利用充電設(shè)施輸入的能量先對電池進行加熱，升溫后再進行充電。

· 高荷電態(tài)充電：在此場景下可同時利用電池和外部充電設(shè)施的能量共同為車載加熱裝置供能，提高加熱效率。（PS: 常見的交流充電設(shè)備功率為1.7kw/3.3kw, 而有些車載加熱裝置的功率可達7kw）

2. 加熱方式

個人認(rèn)為動力電池良好的保溫設(shè)計可以有效降低加熱裝置的負(fù)擔(dān)，減少強制加熱的頻率。而一旦出現(xiàn)加熱的需求，則使電池迅速升溫的能量主要來自兩方面 ，電池本身和外部設(shè)備。而利用這些能量來加熱的方式也有兩種：

· 車載加熱器

加熱元件常見的有加熱膜和PTC（Positive Temperature Coefficient）兩種。加熱膜屬于恒定電阻加熱元件，始終能維持在一定的加熱功率輸出范圍內(nèi)。而PTC顧名思義就是電阻值和溫度正相關(guān)，隨著溫度的升高電阻也在升高，所以可以實現(xiàn)恒溫發(fā)熱，在安全性上較優(yōu)。

目前PTC車載加熱器比較常見，功率一般在3kw~7kw左右，可通過PWM控制功率輸出；分為液體加熱器和風(fēng)暖加熱器兩類。

風(fēng)暖加熱器使冷空氣通過換熱面再輸入電池內(nèi)，適用于風(fēng)冷架構(gòu)的熱管理方案。

液體加熱器則先制熱冷卻液，適用于液冷架構(gòu)的熱管理方案?？偟膩砜措S著液冷方案的普及，液體加熱器也必然將成為主流。例如Tesla就在Model S的熱管理系統(tǒng)上使用一款大功率的液體加熱器。

· 電池自身

在低溫環(huán)境下電池內(nèi)阻會增加，因此在同等的工況下溫升會更劇烈。但即便如此整個升溫過程也是有限的。最近看到一篇文章（參考文獻1）中提出了一種全天候電池技術(shù)All-climate battery (ACB) cell，可實現(xiàn)電池由-20℃加熱至0℃僅需20s，且僅消耗3.8% SOC的能量。

這種電池在正極、負(fù)極、隔膜、電解液中添加了一種新組件 – 50um厚，56 mΩ阻值的鎳片，由外部電路控制是否將鎳片與電池串聯(lián)。從某種程度上來說就相當(dāng)于將均衡電阻嵌入電池內(nèi)部，并可實現(xiàn)50A以上的均衡電流。假設(shè)Pack由100節(jié)該種電池組成，則加熱功率可達16kw以上。

當(dāng)然這個ACB電池還僅僅是概念，在該技術(shù)下電池的其他性能如何，制造工藝的可行性，與現(xiàn)有設(shè)備的兼容性，鎳片的一致性等等都有待確認(rèn)和解決。

“還沒看夠？”

別擔(dān)心，下載IND4汽車人APP

預(yù)約知識領(lǐng)域的“專車司機”

馬上帶您起飛~

修行在自身：在文章下方留言在“汽車”方面您想學(xué)習(xí)的課程。我們會將您的需求反饋給講師。