一到冬天就变砖?谁来拯救我的IPHONE和电车!

原标题:一到冬天就变砖?谁来拯救我的IPHONE和电车!

图|文 要志倩

[搜狐汽车·E电园] 冬天一到,iphone都跳。还记得手机一出屋就关机的那一天吗?现在把手机捂进怀里似乎已经成了冬季的外出常态。说起来这都和锂电池的性能有关:既怕冷又怕热,过冷容易歇菜、过热直接爆炸。其实不仅手机的锂电池有这种情况,新能源汽车的动力电池也有这样的问题。

面临过冷的低温工作环境,电动车辆的电池充电速度将会变差,容量和寿命也会衰减。厂商们也早已注意到这个问题。为了控制动力电池的温度做了不少努力,各种控温技术系统也纷纷上场。

日前,宾夕法尼亚州立大学王朝阳教授团队发布的一项“充电10分钟,续航400公里”的快充技术就突破了这一问题,这听上去堪比“充电五分钟 续航两小时”啊,这是又来了一个庞青年吗?接下来,我们就来看看,锂电池究竟为什么一到冬天就罢工?这项快充技术是什么原理?和别的技术相比它又真的靠谱吗?

[·1· 低温拖住了Li+的奔跑速度所以导致电量下降 ]

锂电池在工作时,Li+会在正极和负极之间移动,而低温会让锂离子电池中的Li+活性降低。打个比喻来说,锂电池的电量就是Li+在正极和负极之间奔跑带来的。而低温的情况下,Li+太冷了跑不动了,就没电了。当温度回升,锂电池里的Li+活性恢复正常,又能跑起来了,之前“不能用”的那些电量也就恢复了。

这也就是为什么要把手机揣到怀里的原因:温暖它,让Li+恢复活性,电池就恢复电量。然后再没电,再捂,如此循环……可是对于新能源汽车来说,你没法用“捂起来温暖”这一招。其低温下损失的功率可能需要更多的电池组来弥补,还需要更昂贵的部件让发动机“冷起动”。在寒冷的天气中,充电也会变得缓慢,这限制了电动车的“再生制动”,并缩小汽车的行驶范围。据统计,电动汽车在0度环境下的续航里程只有正常里程的一半。

所以保证动力电池处在合适的温度范围内,成为了关键点!并且如果提高温度,离子移动速度就会加快,充电速度相应提升。这正是王朝阳团队研究的出发点。但是,长时间高温充电会让电解液分解,缩短电池寿命。

[·2· 镍箔成为加热开关就能比别的电池好用?]

也就是说,要想通过提高温度来加快充电过程,就要解决这两个问题:1.用什么办法来提高电池的温度?2.合适的温度范围以及时间范围究竟是多少? 王朝阳用镍箔解决第一个问题,至于第二个问题,王朝阳团队经过反复测试发现答案是60 摄氏度,快充时间为 10 分钟

具体来说,就是在电池内部插入 50 微米厚度的镍箔,让它成为一个加热开关。当温度低时,电流流过镍箔,就会产生热量。一旦电池内部温度超过 60 摄氏度时,就会触动温度传感器关闭镍箔电流。听上去好像很不错?其实此前已经有不少厂商用各种方法来解决这两个问题。

· 以液体为介质的升温方案

宁德时代CATL 超级铁锂快充产品就是利用水来让电池温度升高和降低。当温度低时,水热系统在低温下为电芯加热,待电芯温度达到要求,即开启快充模式。当温度高时,启动水冷系统给电芯降温。这项产品可实现 10 分钟内充满 85% ,循环寿命高达 10000 次以上。已有 2600 余台搭载 CATL 超级快充产品的电动大巴在市场上运行,运行状态良好,得到了整车企业和公交用户的好评。

· 汽油为介质的升温方案

威马汽车就采用了这种温控方案——为电池配备了一个小型的柴油热风机,内部配有燃油泵、高压燃油雾化器、火花塞、燃烧室等,通过将雾化柴油点燃加热,为电池冷却系统中的循环冷却液升温,从而达到提高电池工作温度的目的。在效率方面,6L的柴油,足够威马EX5保证30-60小时的电池加热时间。

· 空气为介质的升温方案

这种方案是属于比较传统的温控方案。风冷结构简单、安全,维护方便,成本也较低。不过,在电池组容量较大的情况下,风冷系统无论是加热还是散热,其效率都比较低。不能满足散热/加温的需求。

综合看来,王朝阳团队发布的这个利用镍箔为加热开关的全气候电池与其他方案相比,有利也有弊。根据团队的宣传,该电池可以在 30 秒内自加热到 60 摄氏度,同时不减弱电池在常温下的性能和寿命。这一过程既不需要外部加热设备的帮助,也不需要在电解质里添加特别的添加剂。这是其优势所在,既直接有效又不改变材料本身。技术的核心在于电池内部配备了厚度为50微米的镍箔和一枚温度传感器。那么劣势呢?

[·3· 理论可行 实际效果还得看疗效 ]

劣势就在于它的种种不确定性。首先关于成本:王朝阳团队指出,镍箔虽然会增加 0.47% 的成本和 1.3% 的重量,但由于其削减了目前外接加热器的需求,所以实际上减少了电池组的成本。但是,尚不清楚采用此自加热技术的电池大规模量产之后的成本情况。并且在电池内部插入一个镍箔,对于整个动力电池工艺线来说是一个大动作,在步骤及流程方面产生的成本又该如何计量?

另外还有厂商就这种自加热技术的电池的安全方面发出疑问,“镍是一种相当活跃的元素,如何保证其在应用中的安全性?例如如果车辆发生了碰撞等意外,其电池安全性如何?”我们就关于自加热技术电池的商业落地问题还电话采访了国家电动乘用车技术创新联盟技术委员会主任王秉刚,王秉刚表示,此项技术从物理学角度来说是可行的,但是究竟能不能落地还是要经过多项实验测试以及和车企进行切磋商谈。在没有商业落地之前,不能妄下结论。

其实王朝阳技术团队的这项技术在2016年1月的时候,就已经发表在《自然》杂志上。到现在为止已经过去了3年的时间,而且在这期间国内没有任何车企、厂商对此技术进行量产落地,显然,这项技术还不够成熟。

正如王秉刚所说,对于这项技术而言,不断的实验与测试是不可缺少的。王朝阳在接受媒体采访时表示,此项技术已经通过了严格的检测、其中包括500次的低温加热测试, 1000次45度高温循环测试,以及高达2600次的常温循环测试,没有发现任何电池寿命的问题。还说EC Power公司拥有成熟的全气候电池生产能力,已在实现商业化。

北京理工大学电动车辆国家工程实验室主任、北京市新能源汽车联席会专家组首席专家孙逢春介绍,项目团队计划2017年完成搭载全气候电池和低温增焓冷暖空调的新能源大客车、豪华中巴车和轿车原理样车的研制;2018年春节前,完成全气候新能源汽车在高寒地区(东北漠河或内蒙等)的验证试验。2019-2020年完成全气候自动驾驶新能源汽车、高速燃料电池大客车产品定型和示范考核。

也就是说,虽然全气候电池全气候电池目前仍处于试验阶段,特别是乘用车领域,涉及成本、安全及规模化产业应用等问题。当前我们尚无法判断这种技术几年后是否具备在乘用车大规模普及的条件。但是,现在看来,这项技术在国内实现商业落地的可能性还是很大的。

写在最后:如果此项技术真的成熟了,iphone是不是也有救了?说不定还能在冬天变成一个暖宝宝?王朝阳在这个问题上也给出了答案:“手机上原则上也能用。但这里需要技术上更加成熟,以及更多的安全测试,毕竟人们对智能手机的电池安全性更为看重。”

其实除了手机能应用这项自加热电池技术以外,在储能、电动汽车、无人机等很多领域也同样适用。希望这项刚从实验室走出来的技术,能经过轮轮测试,最终实现“发光发热”。

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