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让电动汽车跑得远还能跑得快

让电动汽车跑得远还能跑得快

新能源客车是当前我国汽车行业在新能源领域研发生产和竞争的重点与焦点。

  每天,位于北京北四环小营的纯电动公交车充电站,都是一片繁忙景象。一辆辆福田巴士缓缓驶进公交站停车场,车尾EV电动汽车标志格外醒目,司机逐次将公交巴士停在充电桩前等待充电。

  吴师傅也是其中的一员。据他统计,他驾驶的客车充电次数为每天3—4次,十几分钟即可完成,“十分方便、快捷,开在路上也特别平稳安静”。

  目前,这个北京市最大的电动公交巴士充电站,可同时为30辆公交车进行快速充电,每天能满足200辆纯电动公交车的充电需求。这些车很多都搭载着中信国安盟固利动力科技有限公司的能量功率兼顾型锂离子动力电池系统。

  “盟固利能量功率型锂离子动力电池兼顾了功率与能量两方面要求,同时可实现15分钟充满电,目前在国内的插电式混合动力客车、快充公交、无轨电车、各类直充式公交上得到广泛应用,功率型电池市场占有率已超过50%。”中信国安盟固利动力科技有限公司负责技术的副总经理吴宁宁告诉记者。

  近年来,盟固利针对插电式混合动力电动汽车以及快充纯电动汽车等终端用户对动力电池能量、功率性能都兼顾的需求进行研发,在能量与功率两个性能指标中寻找最优平衡点,使得电池的比能量较高,实现了快充纯电动用电池在相同重量情况下的续驶里程较长,另外还兼顾了电动汽车加速性能、能量回收等对高功率性能的需求。

  截至2015年底,搭载该产品的新能源汽车行驶约 6000万公里,按照传统公交车百公里油耗35升的标准,这些产品至少减少汽油燃烧2100万升,减排二氧化碳4620万公斤。

  此项技术的成功开发,突破了以往1小时以上充电的局限,大幅度减少了车载电池的用电量,大大降低了资源消耗,而且用户的前期电池购买成本降低,极大地增强用户对电动车的信心,同时,在混合动力以及插电式混合动力领域,这项技术实现了全覆盖,这对于加快推动我国电动汽车的发展和普及、进而推动国家新能源总体发展战略的实施将有着重要的意义。在2015年度北京市科学技术奖评选中,该项目荣获一等奖。

  寻找到能量与功率之间的平衡

  “该项研究的主要目的是开发可用于插电式混合动力电动车以及快充纯电动车的能量功率型电池,开发的难点在于比能量、比功率与寿命之间的平衡关系,在系统层面得到宽使用温度范围、高可靠性的特性。”吴宁宁说。

  据介绍,电池的比能量主要取决于正负极的比容量,而比功率需要正极和负极共同具备快速的锂离子通道和电子通道,因此,能量功率型电池需要同时具备高比能量和比功率的材料体系。

  而传统的钴酸锂、三元材料、镍酸锂材料虽然都有高比能量,但是结构决定了其锂离子的导电率较低,而锰酸锂则因为三维锂离子通道而具有较高的离子导电率,如果需要得到高比能量和高比功率,就必须将两种正极材料进行复合,以安全性为前提,对锰酸锂体系进行少量的三元复合是比较适合的正极体系。为此项目组开发了一种材料混合应用新技术,该项技术解决了简单的物理混合所造成的局部不均匀问题,实现了功率性能与能量密度兼顾。

  此外,项目组还开发了具有良好均热特性的电芯装配工艺,缓解了电池高功率应用导致的产热问题,提高了电池的寿命以及安全性;通过添加氟碳表面活性剂和氟碳苯腈极大地改善了电解液在电极与隔膜微孔间的分布特性,解决了软包装电池因电解液不足导致的寿命劣化快的问题,同时由于氟碳苯腈的加入缓解了锰酸锂结构中锰离子溶解的问题,延长了电池的使用寿命;为了解决电池在宽温度区间的应用,项目组开发了一套全封闭液冷技术,冷却速度快,有效解决电池在大功率工况下温升高、温差大的难题;电池在低温环境下工作时功率方面受到限制,不能达到整车功率需求,项目组在电池系统设计时增加了电加热功能,使用PTC电加热片,不但保证电池快速加热,而且因其具有PTC功能,使得加热温度不超过45℃,保证电池使用安全;新能源车用电池系统电压一般都大于300V,而且电池内阻小,极易造成人员触电,必须做好电池与整车的绝缘,项目组开发出了准确、快速定位绝缘故障点的技术,为快速解决电池的绝缘问题提供了依据。

  经过以上技术的开发,单体电池比能量达到 160Wh/kg,比功率达到1800W/kg,单体寿命达到 3000 次以上,同时电池系统寿命达到质保8年以上水平。

  “该动力电池系统的成功开发,不仅解决了电池比能量和比功率两个动力电池关键指标平衡共提高的问题,而且还解决了电动汽车快速充电应用的问题以及在南北方宽温度区间的实际运行中遇到的温度问题。”吴宁宁说,“目前该技术所开发的电池系统各项技术指标达到国内同行业领先水平。”

  15分钟快速充电让你随到随走

  对于电动汽车车主来说,动辄几小时的充电时间,实在让人无奈。对于公交车而言,实现快速充电,随到随走,更具有现实意义。

  “长期以来,动力电池的快速充电、功率特性、寿命耐久性和宽温度区间环境适应性都是制约新能源汽车普及和推广的关键因素。”吴宁宁说。

  为此,项目组还开发了一套以寿命和安全为前提的适合快充的充电策略,研究了各种模组冷却方式在快充模式中的应用问题及宽温区内尤其是低温区域应用对快充电池的寿命和安全性能的影响,深入探究了慢充和快充两种模式下电池的循环寿命、安全状态的演变过程,最终开发出具有在宽温区内可实现15分钟快速充电能力的快充电池系统。

  据了解,截至目前,盟固利采用该项技术的快充动力电池产品已圆满完成了1500多台车辆的示范应用,其中,“宽使用温度区间”快充电池已在河北张家口(冬季平均温度-23℃)、黑龙江鸡西(冬季平均温度-25℃)、新疆(夏季地表温度最高可达到60℃)等不同温度地区应用,其出色的性能表现得到了相关整车客户及公交运营单位的一致认可。

  “目前搭载我们电池系统的快充公交车,已经使用了两年,并没有明显衰减。”吴宁宁认为,快充电池的经济效益非常高,“达到同样的整车运行里程和使用年限,快充系统装的电池量较少,对于锂资源的消耗低,车辆初始成本也低,而且充电站建设灵活性高,整车轻量化各方面的优势还是非常突出,随着国家新能源汽车产业政策的不断推进,该项技术将拥有非常广阔的应用前景,其应用普及将对新能源汽车产业更好、更快地发展起到重要的推动作用。未来五年,快充也许将成为纯电动客车的主流技术路线。当然,也需要国家政策层面的支持”。

  高创新带来高回报。目前,在高功率电池领域,盟固利已经保持龙头地位,未来5年公司的研发还将在更深层次展开,研发投入还将进一步加大。

  “目前搭载盟固利公司动力电池的公交车已经达到近3万辆,累计安全行驶15亿公里。”吴宁宁说。

  据了解,在北京、哈尔滨、新疆、拉萨、上海、昆明、海口、呼和浩特等110多个城市,均有搭载盟固利动力电池系统的新能源汽车在运营,产品覆盖我国从南到北的温度区间。

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