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【电池中国网】关于全天候电池,孙逢春院士和王朝阳教授的那些故事

供稿: 电池中国网 编辑: 吴楠
(2019-02-21) 阅读次数:
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原文标题:关于全天候电池,孙逢春院士和王朝阳教授的那些故事

原文链接:http://www.cbea.com/ldc/201902/686859.html

  2008年奥运会期间,500余辆新能源服务车穿行于鸟巢、水立方和奥运村之间;2022年冬奥期间,将会有更多的新能源汽车穿行在北京和张家口之间。可在雪季,该如何保障车辆正常服务呢?

  新能源汽车发展至今,低温环境是一个全球性难题,寒区过冬问题长期困扰研发和应用环节。2019年1月13日中国电动汽车百人会年会“下一代电驱动关键技术”和“动力电池技术峰会”论坛上,中国工程院院士孙逢春和美国宾夕法尼亚大学教授王朝阳分别进行了主题演讲,如果你仔细聆听,就会发现,这两位远隔重洋的学者因为新能源汽车过冬技术而千里相逢,成就了一段科学界的高山流水。

  山水相逢

  宾州大学是世界顶尖研究型大学之一,在新能源汽车研究领域卓有建树。两年多前,宾州大学王朝阳教授的研发团队发明了全气候电池,这是一种新的电池系统,可以自己发热,能解决寒冷状态下电池低温问题。2016年,王朝阳在学术界享有盛誉的国际综合性科学周刊《自然》发表相关论文。

  隔着太平洋的另一边,北京理工大学的电动车辆工程技术中心是国内最早从事电动车辆研究的单位,是国内最早从事电动车辆研究的单位, 2008年由国家发改委授权成立了电动车辆国家工程实验室,北理工教授孙逢春担任主任。2008年北京奥运会期间,孙逢春团队主持实施国际奥运史上首次奥运中心区零排放公交工程。2015年,中国获得2022年冬奥会举办资格,孙逢春马上意识到,冬奥会期间需要大量的新能源服务车辆,这也是中国新能源汽车解决寒区或过冬问题的最佳契机。

  从2009年“十城千辆”到现在,中国新能源汽车基本解决了黄河以南和华北大部分新能源汽车的应用问题,但到了冬天,尤其是在华北、东北、西北等高寒地带,新能源汽车还是容易被用户垢病抱怨。面对全民对冬奥会的关注,孙逢春希望能研发出全气候的新能源汽车,彻底解决寒区新能源汽车推广应用问题。

  科学无国界,更何况新能源汽车本就是全球共同战略。孙逢春查阅了大量国内外文献,无意中看到了王朝阳新发表的文章。在此之前,他们俩并不认识,不过理工男大概都有相同的脑电波频率吧,凭着专业的执着和对科学的追求,他们通过电子邮件认识,逐渐了解,继而产生了默契和友谊,后面的事情就水到渠成,他们很快达成合作共识。

  找到了技术,孙逢春教授就开始考虑:如何将概念应用于整车,如何将一篇论文用在新能源汽车上,继而完成批量化上路。

  2016年,孙逢春成立了一个50人的冬奥会新能源车辆研发和应用团队。王朝阳教授在采访过程中,告诉汽车总站,在美国,这是不可思议的,像他这样的教授,要想在美国找一个50人市场化应用团队,不知道要到何年何月才能实现。王朝阳不得不赞叹,国内对实施新技术转化新产品的能力之强,令人羡慕。

  2017年9月,孙逢春宣布:北京理工大学联合盟固利、清华大学、北汽福田客车、北汽新能源、宇通客车等组建 “全气候动力电池在电动车辆的工程化应用”团队完成的全天候电池技术,攻克了低温气候。

  “点石成‘金’”

  以前,国内解决电动汽车动力电池低温问题,主要采用外部加热方式,但这种加热系统能耗高、时间长、效率低、效果差,孙逢春教授和王朝阳教授的解决方案则是在现有锂电池中加入一层金属镍铂片,连通电源后,就可以使电池迅速加热,而且这项技术不需要改变锂电池的原有工艺和材料,兼容磷酸铁锂、锰酸锂、三元锂、钛酸锂等各种动力电池。

  王朝阳教授先后验证了几百种材料后,最终确定了镍铂作为加热的材料,王朝阳教授告诉汽车总站,目前镍铂片厚度约为5毫米,据估算成本占到原材料成本的0.4%,几乎可以忽略不计。

  孙逢春教授的团队在现有的锂电池中加入了这层镍铂片,一端连接负极,另外一端延伸到电池外形成第三极端口。连通电源后,开关的温度传感器启动,在探测到环境温度降低到25摄氏度左右时,就会通过开关控制电流通过镍片,抗电阻性会让镍片发热并且从内部为电池提供温度,一旦温度上升到超过室温时,电池配备的开关就会自动将电流转移到直接给电池充电。

  据孙逢春介绍,使用该技术之后,,从零下20度加热到0度以上12.5秒,能耗为3%,如果是外部加热,能耗没有损失,电池从零下40度到0度以上是42.5秒,自加热能耗损失掉6.6%。电池加上这套系统以后,重量增加约1%,总体放电功率提升6倍以上。

  因为考虑到张家口冬季气温,同时兼顾东北西北等寒区实际情况,孙逢春团队针对核心关键零部件的研发,都是按照低温零下45摄氏度这个标准来进行要求,确保冬奥会零下23度的时候不出问题。

  及锋而试

  在中国,有种寒冷叫“呼伦贝尔的冬天”。这里不但冬季漫长,而且零下40度的气温很常见。

  2018年3月8号前后,已经当选中国工程院院士的孙逢春,带着团队前往呼伦贝尔市海拉尔区做实验,当时海拉尔温度为零下38度。孙院士的三辆冬奥会实验用车,其中两辆客车、一辆乘用车,在野外一个冰湖上搁置72个小时之后,采用全天候电池技术,进行5分钟,三辆车都能正常运行,全部通过了实验,而且效果良好,这不但说明全天候电池完成了一项世界性的实验,同时也论证了一项全世界都没做到的技术。

  对此,王朝阳教授表示略有不满。作为一个科学家,他希望的不止是在实验室里写论文,更希望能在试验场里亲眼目睹验证过程。于是,2019年初,长期生活在气候适宜的宾夕法尼亚州的王朝阳收到了一份礼物:全套东北专用大棉袄、大棉裤、棉帽子、棉鞋和东北专用围巾手套……

  2019年1月15号,孙逢春院士、王朝阳教授和他们的团队再赴海拉尔,在零下40度的气温下,再次完成全气候新能源汽车产品定型和示范考核试验。

  同时孙逢春团队成功实施了一键自加热的技术,驾驶员需要加热时,可以实现一键自动智能加热。此外,这个团队还开发应用了减重轻量化、低温增焓空调和整车隔热保温系统。这样,一个基于全天候电池技术的全天候新能源汽车,才真正完成了寒区冬夏季不同气候下热管理的全部问题。孙逢春院士表示:有了这个核心技术,电动汽车再也没有禁区了。

  “百炼成钢”

  任何新的技术在新生时期,难免要受到这样或那样的担心和怀疑,全天候电池也不例外。与民间的热切期待不同,国内外不少专家对这项技术存在质疑。

  但是,科学技术的进步必须要有质疑,也必须要经得起质疑,王朝阳教授表示,全天候电池现在已有大量的相关文章发表,从不同角度公开阐述原理,让大家都能看得懂,甚至可以参照实现。而以孙逢春和王朝阳为代表的技术团队,则在技术落地和商业化的时候,自己把一个又一个的外来的自有的怀疑和担心解决掉,等到全天候电池在整车上普遍使用,到那时候,质疑的声音自然就会越来越小。

  毕竟,这是一个具有划时代意义的技术突破。正如孙逢春院士所断言:“当2022年冬奥会结束,中国的电动汽车将不会再有禁区。”

  也就是说,现有技术条件下生产的电动车,全球没有一辆电动车能在零下40度放置72小时后还能动弹,而我们中国改变了这种局面:在野地里,没有外来电源,通过自加热,我们中国的电动汽车跑了起来。

  全世界都没能做到,我们做到了。

  当然,意义不仅如此。王朝阳表示,希望通过这个成功案例,以后可以每年都能引进一些实用的汽车技术到中国,让有意愿的机构实现商业化落地,推动行业更好发展,这同样是一项有意义的工作。


(审核:王征)

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