鉅大LARGE | 點擊量:2365次 | 2019年12月16日
電池低溫加熱 看特斯拉/寧德時代如何“出招”
低溫狀態下,動力電池活性降低,電池容量和性能衰減嚴重且不可逆。最直接的表現是,新能源汽車續航里程嚴重縮水,動力變弱。
有關數據表明,在保持-7℃車外溫度和20——22℃車內溫度的情況下,國內一些知名企業的新能源汽車實測續航還不到標稱一半。
國外的像寶馬i3s的續航里程縮水也超20%。還有實驗顯示,溫度低于0℃,電池內阻大幅增加,降到-20℃,自放電現象最嚴重。
然而由于電池本身無法在短時間內,工作溫度區間得到提升。因此目前主流解決方式是給電池預熱。
這一方面要求電池組預熱精準,即要消除低溫引起的負面效應,又要讓電池盡快從低溫回暖到25-35度的“舒適溫度”。
另一方面要精確掌握電池組內部或外部產熱過程,減少預熱時熱量損失,能充分節能,降低能耗。
具體實施方式,最常見的是通過連接充電樁或使用電池內部電量,利用加熱裝置給電池冷卻液加熱,進而流經電池內部液體管路,通過類似“隔水燉”方式對電池進行保溫或加熱。
其中針對三元和磷酸鐵鋰電池的加熱方式有差別。據高工鋰電了解,三元電池抗低溫性好,能量密度高,一般是采用BMS熱管理,進行冷卻液循環加熱。
磷酸鐵鋰電池,其能量密度不高,抗低溫性差,對熱的敏感性差,一般采用沒有冷卻液的高壓PTC加熱,降低成本。
值得一提的是,在電池加熱技術突破方面,典型代表企業有特斯拉和寧德時代。
特斯拉:循環加熱
特斯拉針對動力電池低溫,其Model3設計思路是利用電驅系統的廢熱,像傳統燃油車用發動機余熱給乘員艙供暖一樣,使其即用于車輛驅動,又用于產生額外的熱量加熱電池。
具體實施上,是采用一種傾向于傳統車方案—電動車上有一個可以起到電熱絲作用的零件,如圖1所示為電機線圈繞組。
圖1電機線繞圈組
圖2壓力泵循環水加熱
對電池加熱,是利用壓力泵開關循環水加熱。通過把電池冷卻回路和電機回路串聯起來。其中控制閥很關鍵,改變冷卻液的流動路徑。
圖3加熱模式
在如圖3所示的加熱模式下,電池內部的低溫冷卻液進入驅動系統進行熱交換。然后變成高溫冷卻液,再穿過水泵及冷卻設備后(此時冷卻設備不工作),進入電池包對電池進行加熱。
一般而言,電機驅動效率基本在90%以上,產生的10%熱量并不足以用來為座艙和電池進行加熱。然而特斯拉的電機控制軟件,能降低電機效率,以產生更多的熱量來給電池加熱。
更厲害的一點是,電機驅動功率可以根據駕駛員需求實時變化,發熱功率也能根據座艙,空調,電池溫度實時調整。
特斯拉這項加熱模式,好處主要有兩方面。
一方面充分利用電機余熱,能量利用率高。使用場景上,可以在低溫環境中提前對電池預熱,在到達快充樁時,可以獲得最大的充電功率。
另一方面,輸出功率大,加熱效果好。特斯拉Model3的電機本身可承受溫升功率7-8kW,短時間內對電池加熱的升溫效果好。
指標上,10km/h車速時后軸電機效率低至25%,20km/h車速時低至40%,電池溫升速率可達1℃/min。
寧德時代:低溫速熱
寧德時代針對電池低溫問題,解決上主要從BMS電池熱管理和電池本身著手,效果如圖4所示。
一方面通過BMS電池管理系統識別電池狀態,擬定速熱控制策略,能夠使電池溫度在15分鐘內從-20℃提升到10℃,充電能力提高5倍,放電能力提高7倍,延長電池壽命。
另一方面運用電池本身低溫沒放出來的能量自我加熱,大概用7%左右的能量可以把電池從-20度加熱到+20度。加熱后,冬天的續航比夏天差7%-10%左右。
圖4加熱技術
另外電池快充時,寧德時代還能讓BMS軟件系統檢測電池充電狀態,利用充電時電池產生的溫度幫助電池回溫。換句話說,能做到邊充電邊加溫。
具體做法是讓電池在充電初期就產生熱量,幫助電池回溫。在常溫或夏季狀態下,這功能會自動停止。
目前在實驗室,已經實現每分鐘升高2℃,同時電池溫差不超過4℃。等這項功能正式量產裝車后,采用寧德時代的技術,在冬天就不再怕寒冷,邊充電邊升溫,隨時可以滿電出發。
當然,寧德時代還從產品設計、電芯制造、系統集成、BMS管理、售后服務、報廢回收等建立完整的安全保障體系,全方位保障動力電池安全。
值得一提的是,寧德時代最近推出的新一代能量型電池包,具有超強環境適應性,能夠提升整車的安全性和可靠性,保障車輛在多種復雜環境下的良好運行。
該電池包在高寒環境下,由于使用了加熱膜,即使在-20℃環境下,電池容量保持率仍可高達90%。可實現0.5℃/min的低溫升溫速率,確保電池系統在合適工作溫度區間內穩定運行,減少電池衰減,有效提升系統壽命。
下一篇:鋰電池如何在冬天保持續航里程