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冬天續航打骨折?别怕!電池自加熱技術幫到你

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微核高頻脈沖加熱技術

在研發以及使用電池的過程中,我們已經知道了,電池是有一個正常的工作溫度區間,而在低溫環境下電池的實際使用效果将會大打折扣,是以在這種環境當中電池就需要一個很好的熱管理來為它保溫。

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單聽這個名字,就知道這項技術肯定是針對電池熱管理系統的,尤其是有脈沖加熱這個字眼在。看回長安這次公布的這項技術,實際上它的想法并不複雜,在加熱這個大前提條件不變的情況下,讓電池包的升溫更加迅速且均衡,以便讓電池包在低溫條件下盡快達到合适的工作環境。

原理方面其實是基于此前甯德時代公布的一項專利技術拓展開來的,這項專利就是利用了低溫導緻内阻增大的特性,通過在電池兩端加裝可以産生振蕩電流的裝置,使電流經過内阻很大的電芯,進而讓電池内部産生大量的熱量,最終讓電池溫度快速升高。

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是以為了避免由于頻繁的過電造成電池負極出現锂枝晶的情況,長安在甯德時代這個技術的基礎上,對這項技術稍微進行了改進,選擇用交流電給電池組産生電流加熱。

為什麼一定要提及是交流電呢?此前的電池自加熱技術,産生的電流都為直流電。按照實體定義,在機關時間内電流的大小和方向不發生變化的稱為直流電,再看回“锂枝晶”的的産生條件,在放電過程中負極來不及處理锂離子導緻出現金屬锂單質。

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需要喘息時間的電池負極,面對直流電恒定的輸出,很容易到達極限,之後就容易出現“锂枝晶”,是以為了減弱這種“一成不變”,需要給負極一些喘息空間,而在機關時間内電流的大小和方向不斷發生周期性變化的交流電就較為合适負責這項工作。

交流電并不像直流電一樣一直保持恒定數值,它會一直保持正值-0-負值-0-正值的周期性變化,也正是因為交流電這種非恒定的特性,能夠讓電池負極減少負擔,進而減輕産生锂枝晶的幾率。

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同時長安在會議上也提到了功率半導體IGBT(絕緣栅雙極型半導體),IGBT是一個非通即斷的開關,它沒有放大電壓的功能,導通時可以看做導線,斷開時當做開路。再加上電機以及BMS系統配合工作,就可以實作随機高頻率的電流充放切換,進一步的減少锂枝晶這種情況的出現。

長安官方公布的深藍C385動力電池組,可以在零下30℃的環境溫度中保持4℃/mini的升溫速率,在零下30℃的環境溫度中可以提升50%的動力表現以及縮短15%的充電時間。從資料來看,改進後的“電池自加熱”技術不僅效率更高,還具備了更持久的電池壽命,這對于在低溫地區的使用者而言是相當好的消息。

電池:我也需要“暖寶寶”

目前市面上較為主流的電池種類,可以按照元素類型分為兩種,即三元锂電池與磷酸鐵锂電池,這兩者最大的差別就是使用的電池正極材料不同。

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磷酸鐵锂電池是采用磷酸鐵锂(LiFePO4)作為正極材料。它的優點是在高溫條件下或過充時安全性非常高,缺點是在低溫條件下(氣溫低于-10℃以下),磷酸锂電池衰減得非常快,經過不到100次充放電循環,電池容量将下降到初始容量的20%,基本與寒冷地區的使用絕緣了。

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三元锂電池是采用鎳钴錳酸锂(Li(NiCoMn)O2,NCM)或鎳钴鋁酸锂(NCA)三元正極材料的锂電池,把鎳鹽、钴鹽、錳鹽作為三種不同的成分比例進行不同的調整,是以稱之為“三元”,像甯德時代的NCM811就是指鎳、钴、錳三者配比為8:1:1的三元锂電池。

三元锂電池的優點是高能量密度,同為甯德時代出品,它旗下的磷酸鐵锂電池能量密度為178Wh/kg,而NCM523為200Wh/kg,NCM811更是達到了240Wh/kg。在低溫方面-30℃條件下三元锂電池也可保持正常電池容量,更适應北方低溫地區的使用條件。缺點是在高溫條件下,三元锂電池的三元材料會在200℃時發生分解,在高溫作用下極易發生燃燒或爆炸的現象。

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上述的兩種電池,雖然材料以及優缺點有所不同,但從微觀的角度講,兩者的工作原理同樣是锂離子在正負極之間來回遷移的過程。

在低溫環境下,電池的正負極材料活性降低,同時充當橋梁的電解液導電能力也下降,是以電池在充放電時,内部會産生阻力,它被稱為内阻。電池内阻增大,在電池正常使用過程中,就會産生大量焦耳熱引起電池溫度升高,實驗表明環境0℃以下時,溫度每下降10℃,内阻約增大15%。

受到了内阻的阻礙,想要發力卻隻能導緻電池過量放電,電能不斷的轉換為熱能,不僅電量下降、沒辦法正常輸出功率,還容易對電池的安全性産生影響,這一切的結果都是因為低溫環境造成的。

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為了解決這個問題,除了上面我們提到最新的“脈沖自加熱”技術外,其實供應商以及廠家都做了很多“保暖”的措施。

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PTC元件

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加熱膜

目前有幾種常見的方案,第一種是大多數純電車型選擇的PTC與加熱膜,這一種方案的想法是通過外部電熱元件發熱,提高電池溫度。PTC有水暖與風暖兩種,水暖通過PTC加熱冷卻液,再和散熱器進行熱交換,風暖是開啟暖風後,冷空氣直接和PTC進行換熱,最終吹出暖風。而加熱膜則像是給電池蓋上一層導電加熱的被子,但這兩者的缺點都比較明顯,PTC容易造成受熱不均,并且占電池艙的空間,而加熱膜由于安全的關系,整體的造價不低,并且實際的加熱效率也不高。

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另一種方案是液冷循環系統,它像是給電池包額外加一套暖氣上去,通過加熱冷卻液來獲得一個較為長效的熱源。還有一種方案是熱泵空調,整個原理像是強制抽取大氣熱量轉換進車裡的樣子,但當環境溫度過低的時候熱泵容易失效,是以特斯拉也做了一個“魔改”,除了抽取外界空氣的熱量外,還收集動力電池系統、驅動系統以及PCS功率電子産生的餘熱,整套系統依靠八通換向閥進行複雜的熱量汲取,以此提高熱泵空調總體的效率。

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長安深藍C385本身主打的是極具運動與科技的車型,從它的外觀上也可以看出明顯的風格特征。封閉式前臉通過兩邊的線條勾勒出X型的車頭,加上溜背式的車身造型,以及為了進一步降低風阻而設的隐藏式的門把手、低風阻輪圈等,也出現在它身上,整體的風格更加動感。

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内飾采用了與現在長安所有車型都不同的設計風格,儀表與中控屏采用的是獨立式布局,方向盤采用的是雙幅式設計,并且是一個運動化的平底設計。中控屏采用随駕智能轉向的14.6英寸向日葵屏,可以左右傾斜轉動,科技感十足。雖然沒有直接資訊表明車機會用鴻蒙系統,但從界面的布局來看,與之前釋出的阿維塔011 中控屏布局基本一緻。

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配置方面,新車将搭載AR-HUD擡頭顯示系統、索尼揚聲器、APA7.0遠端無人代客泊車系統、電驅高頻脈沖加熱技術等技術。其中APA7.0遠端無人代客泊車系統,可以為使用者打造“呼之即來,揮之即去”的專屬停車場“私人代駕”。

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動力方面,得益于EPA1全動力平台的拓展性,C385提供多種動力系統,其中純電版綜合續航裡程可達700km以上、最高功率可達190kW以上、綜合工況下電耗在12.3kWh/100km以下,百公裡加速時間最快5.9s;增程版綜合續航可達1200km以上、純電續航200km以上、饋電油耗4.5L/100km以下;氫燃料電池版綜合續航700km以上、饋電氫耗低至0.65kg/100km、3分鐘快速補能。

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單從面闆資料看,長安深藍C385幾乎是整合了目前傳統與新勢力廠家各自的優勢,這也得益于EPA1這套全新的平台。

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EPA1平台在三電系統方面,将采用長安新一代超集電驅,其擁有八層扁線繞組、轉子雙 V 拓撲構型、超低阻導線、自适應控制算法、低阻力拓撲結構優化等技術,讓整套電驅系統的最高效率達到95%。

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還能實作全域OTA,支援全車所有節點控制器更新/車控域軟體更新速度≤3min/座艙軟體雙分區,避免因車機更新失敗,導緻車輛停擺,實作常用常新的體驗。采用8155晶片,實作105K DMIPS高算力的座艙域控制器,搭載“長安智慧芯”,智能駕駛域控制器最高可實作L4級智能駕駛等等功能基本都可以在平台下的每一款車型上實作。

小結:

在傳統、新勢力品牌百家争鳴的時代,軍備競賽已經不止在機械調校層面上,高精尖技術也是一項關鍵的一環,是以也不難了解為什麼長安不辭勞苦的再推出一個電動相關的全新平台。單從這次公布的這個脈沖自加熱技術來看,技術上的改良是值得我們期待的,但技術最終還是要看體驗,加之上一家采用脈沖自加熱技術的車企在低溫地區已經遭受了重創,這次長安再推帶有這款技術的車型,也希望長安能夠在調校以及實測體驗方面,給到我們消費者一個滿意的答卷。(文:太平洋汽車網 高子健)

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