不同于夏季奧運(yùn)會(huì)，冬奧會(huì)舉辦期間，氣溫低至零下三四十?dāng)z氏度，這意味著2022年北京冬奧會(huì)的低溫環(huán)境將給新能源汽車的啟動(dòng)、續(xù)航等提出更高要求。
在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新能源汽車”重點(diǎn)專項(xiàng)“高性能純電動(dòng)大客車動(dòng)力平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)及整車應(yīng)用”項(xiàng)目的支持下，由北京理工大學(xué)教授、中國(guó)工程院院士孫逢春指導(dǎo)，北理工電動(dòng)車輛國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室教授、博士生導(dǎo)師林程帶領(lǐng)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)產(chǎn)品——全氣候動(dòng)力電池，可在極寒環(huán)境下提供強(qiáng)勁動(dòng)能，為新能源汽車裝上了一顆抗凍“心臟”。
開(kāi)發(fā)加熱極，實(shí)現(xiàn)零下40攝氏度環(huán)境一鍵加熱
“電池的化學(xué)反應(yīng)需要一定溫度，所以電動(dòng)車在零下10攝氏度環(huán)境里如果不采取相應(yīng)措施就沒(méi)法工作。為解決電動(dòng)汽車在極寒環(huán)境充電困難、無(wú)法啟動(dòng)等問(wèn)題，我們研發(fā)的鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)產(chǎn)品采取內(nèi)置加熱膜片的方式，使電池出現(xiàn)第三極，即加熱極，可在環(huán)境溫度零下40攝氏度狀態(tài)一鍵加熱，實(shí)現(xiàn)快速自加熱與冷啟動(dòng)?！绷殖瘫硎?。
據(jù)介紹，為了解決電動(dòng)車在嚴(yán)寒環(huán)境面臨的系列難題，北理工、榮盛盟固利動(dòng)力科技有限公司、北京理工華創(chuàng)電動(dòng)車技術(shù)有限公司、北汽福田汽車股份有限公司等項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員共同研發(fā)了全氣候電池系統(tǒng)。其原理說(shuō)來(lái)有些“劍走偏鋒”，在極低溫環(huán)境下，讓電池利用僅剩的一點(diǎn)能量，給自身加熱。其工作過(guò)程相當(dāng)于內(nèi)部快速短路，從而使電池迅速變熱，將自己激活。
2018年嚴(yán)冬，內(nèi)蒙古海拉爾天寒地凍，只見(jiàn)由林程團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車在白雪皚皚的道路上行駛。經(jīng)過(guò)測(cè)試，車輛在零下40攝氏度的低溫環(huán)境下靜置48小時(shí)后，啟動(dòng)電池加熱，電池系統(tǒng)每分鐘升溫4攝氏度，消耗能量占總能量的5%。
2019年同期，林程團(tuán)隊(duì)在海拉爾繼續(xù)組織車輛冬季試驗(yàn)，電池系統(tǒng)每分鐘升溫7攝氏度，消耗能量占總能量的5%，空調(diào)制熱能耗降低40%。
2020年初團(tuán)隊(duì)又進(jìn)行了一次冬季試驗(yàn)。截至目前，北理工牽頭的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)產(chǎn)品在海拉爾成功完成3次全氣候動(dòng)力電池極寒環(huán)境試驗(yàn)，自加熱速率指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
林程指出：“這是一整套創(chuàng)新體系，涉及很多核心技術(shù)，團(tuán)隊(duì)不僅對(duì)加熱系統(tǒng)的控制策略和理論展開(kāi)研究，如加熱片材料選擇優(yōu)化、加熱回路研發(fā)和加熱策略的研究，還要與整車控制聯(lián)合起來(lái)。目前，全氣候動(dòng)力電池系統(tǒng)整個(gè)工作原理驗(yàn)證工作已完成，并成功研發(fā)出電池系統(tǒng)產(chǎn)品樣機(jī)?！?/p>
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的全氣候鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)產(chǎn)品，系統(tǒng)能量突破了155瓦時(shí)/千克，可以通過(guò)一鍵加熱技術(shù)在5分鐘左右將零下30攝氏度的動(dòng)力電池快速加熱到正常使用狀態(tài)，加熱能耗不高于5%，車輛可以正常啟動(dòng)和行駛。整車產(chǎn)品已經(jīng)獲得產(chǎn)品公告并投入試驗(yàn)示范應(yīng)用。
面向冬奧會(huì)需求，展現(xiàn)三大核心技術(shù)亮點(diǎn)
顯然，電動(dòng)汽車要滿足冬奧會(huì)的應(yīng)用需求，除了要能夠在低溫環(huán)境下啟動(dòng)、續(xù)航和有效使用外，還要充分考慮冬奧會(huì)河北賽區(qū)以山區(qū)為主的地形地貌，解決山路、冰雪路面汽車的安全行駛問(wèn)題。此外，電動(dòng)汽車還需要具備較高的智能駕駛水平等。
“在冬奧會(huì)上亮相的電動(dòng)汽車必須形成技術(shù)高地，展示新一代電動(dòng)汽車的核心技術(shù)，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展方向。耐寒、強(qiáng)勁的動(dòng)力系統(tǒng)、智能駕駛功能，將是冬奧會(huì)電動(dòng)汽車的三大核心亮點(diǎn)。”林程表示。
為達(dá)到冬奧會(huì)新能源汽車應(yīng)用要求，理工華創(chuàng)將高性能全氣候電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于冬奧環(huán)境中的純電動(dòng)大客車開(kāi)發(fā)，目前成果已經(jīng)具備量產(chǎn)條件。
據(jù)介紹，在冬奧會(huì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力方面，理工華創(chuàng)發(fā)明了“新型雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)”，開(kāi)發(fā)出了電動(dòng)汽車無(wú)動(dòng)力中斷高效一體化動(dòng)力驅(qū)動(dòng)技術(shù)，該技術(shù)緊扣商用車實(shí)際應(yīng)用需要，研發(fā)出的成果結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)緊湊，扭矩輸出能力強(qiáng)、比功率密度高、節(jié)能潛力大。這在國(guó)內(nèi)系首創(chuàng)，該技術(shù)既能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，又能保證電力不中斷，大大提升了電動(dòng)汽車性能。
不僅如此，冬奧會(huì)電動(dòng)汽車上還安裝了理工華創(chuàng)研發(fā)的智能網(wǎng)聯(lián)整車控制器，能夠和互聯(lián)網(wǎng)、車內(nèi)的組件網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫連接，具備整車控制、遠(yuǎn)程診斷、藍(lán)牙診斷、遠(yuǎn)程FOTA、無(wú)線標(biāo)定功能，具備多重加密及握手機(jī)制，保障通信及文件的安全。電動(dòng)汽車可通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)上傳車輛狀態(tài)及故障，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和更新程序。
“按照?qǐng)F(tuán)隊(duì)設(shè)想，未來(lái)車走到任何地方，內(nèi)部每一塊電池、每一塊回路的信息，都能夠?qū)崟r(shí)到達(dá)監(jiān)控中心、管理團(tuán)隊(duì)和整車企業(yè)，以便實(shí)現(xiàn)科學(xué)監(jiān)控管理，提前預(yù)判故障?！绷殖陶f(shuō)。
實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，能耗較現(xiàn)有同類產(chǎn)品降低20%
2020年年初，在內(nèi)蒙古牙克石中汽中心呼倫貝爾冬季汽車試驗(yàn)場(chǎng)開(kāi)展冬奧會(huì)新能源汽車技術(shù)極寒環(huán)境試驗(yàn)中，林程團(tuán)隊(duì)將整車靜置于零下30攝氏度以下的極寒環(huán)境中，40個(gè)小時(shí)后，整車被凍透?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，福田12米電動(dòng)大客車、宇通7米中型客車、北汽新能源電動(dòng)小客車三類車型可實(shí)現(xiàn)6分鐘快速自加熱啟動(dòng)，升溫速度每分鐘超過(guò)5攝氏度，低溫啟動(dòng)環(huán)節(jié)電池加熱能耗不高于5%，車輛行駛過(guò)程無(wú)須再給電池加熱。福田客車低溫增焓空調(diào)制熱試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)30分鐘內(nèi)整車車廂溫度從零下30攝氏度提升到19攝氏度，而目前常規(guī)車用的熱泵空調(diào)在零下15攝氏度的環(huán)境中將無(wú)法啟動(dòng)。三類車型順利通過(guò)全氣候動(dòng)力電池低溫加熱、空調(diào)制熱、除霜及冰雪條件下的爬坡、加速、制動(dòng)、能耗等系列試驗(yàn)。
在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)研討會(huì)上，孫逢春院士表示，本次極寒測(cè)試的成功，標(biāo)志著中國(guó)新能源汽車在全氣候動(dòng)力電池、低溫增焓空調(diào)、全氣候整車控制等核心關(guān)鍵技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先水平，為新能源汽車突破嚴(yán)寒禁區(qū)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。未來(lái)新能源汽車將無(wú)懼超低溫嚴(yán)寒，并且能夠保持與常溫狀態(tài)下幾乎相同的續(xù)駛里程。
林程說(shuō)，目前已經(jīng)開(kāi)展全氣候新能源客車的小批量生產(chǎn)，并在北京延慶等地區(qū)試跑。如果全氣候電池技術(shù)得以廣泛應(yīng)用，我國(guó)電動(dòng)汽車將有望普及到西北、東北等高寒地區(qū)，甚至出口到俄羅斯及北歐國(guó)家。
北京市科委官網(wǎng)顯示，經(jīng)過(guò)多年技術(shù)攻關(guān)，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在完成全氣候電池技術(shù)原理驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，集成全氣候電池系統(tǒng)、智能整車控制器、動(dòng)力電池一鍵加熱控制系統(tǒng)、無(wú)動(dòng)力中斷兩擋電驅(qū)動(dòng)總成、低溫增焓空調(diào)、航空氣溶膠車體保溫材料等多項(xiàng)創(chuàng)新性產(chǎn)品，并解決了極寒條件下純電動(dòng)汽車無(wú)法充放電、整車無(wú)法啟動(dòng)、空調(diào)能耗高等技術(shù)難題。整車能耗較現(xiàn)有同類車型在運(yùn)行工況下降低20%，電池系統(tǒng)可在零下40攝氏度至60攝氏度超寬環(huán)境溫度下正常運(yùn)行。
預(yù)計(jì)到2022年，具備高性能和全氣候工作模式的電動(dòng)汽車將展示在世人面前，成為北京冬奧會(huì)上的一道靚麗風(fēng)景。
（原載5月12日《科技日?qǐng)?bào)》5版）
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