關(guān)于全天候電池，孫逢春院士和王朝陽教授的那些故事

時間:2019-02-21 10:32來源:蓋世汽車 作者:綜合報道
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       2008年奧運會期間，500余輛新能源服務(wù)車穿行于鳥巢、水立方和奧運村之間；2022年冬奧期間，將會有更多的新能源汽車穿行在北京和張家口之間�？稍谘┘�，該如何保障車輛正常服務(wù)呢？
 
       新能源汽車發(fā)展至今，低溫環(huán)境是一個全球性難題，寒區(qū)過冬問題長期困擾研發(fā)和應(yīng)用環(huán)節(jié)。2019年1月13日中國電動汽車百人會年會“下一代電驅(qū)動關(guān)鍵技術(shù)”和“動力電池技術(shù)峰會”論壇上，中國工程院院士孫逢春和美國賓夕法尼亞大學(xué)教授王朝陽分別進行了主題演講，如果你仔細聆聽，就會發(fā)現(xiàn)，這兩位遠隔重洋的學(xué)者因為新能源汽車過冬技術(shù)而千里相逢，成就了一段科學(xué)界的高山流水。
 
      山水相逢
 
       賓州大學(xué)是世界頂尖研究型大學(xué)之一，在新能源汽車研究領(lǐng)域卓有建樹。兩年多前，賓州大學(xué)王朝陽教授的研發(fā)團隊發(fā)明了全氣候電池，這是一種新的電池系統(tǒng)，可以自己發(fā)熱，能解決寒冷狀態(tài)下電池低溫問題。2016年，王朝陽在學(xué)術(shù)界享有盛譽的國際綜合性科學(xué)周刊《自然》發(fā)表相關(guān)論文。
 
       隔著太平洋的另一邊，北京理工大學(xué)的電動車輛工程技術(shù)中心是國內(nèi)最早從事電動車輛研究的單位，是國內(nèi)最早從事電動車輛研究的單位， 2008年由國家發(fā)改委授權(quán)成立了電動車輛國家工程實驗室，北理工教授孫逢春擔(dān)任主任。2008年北京奧運會期間，孫逢春團隊主持實施國際奧運史上首次奧運中心區(qū)零排放公交工程。2015年，中國獲得2022年冬奧會舉辦資格，孫逢春馬上意識到，冬奧會期間需要大量的新能源服務(wù)車輛，這也是中國新能源汽車解決寒區(qū)或過冬問題的最佳契機。
 
       從2009年“十城千輛”到現(xiàn)在，中國新能源汽車基本解決了黃河以南和華北大部分新能源汽車的應(yīng)用問題，但到了冬天，尤其是在華北、東北、西北等高寒地帶，新能源汽車還是容易被用戶垢病抱怨。面對全民對冬奧會的關(guān)注，孫逢春希望能研發(fā)出全氣候的新能源汽車，徹底解決寒區(qū)新能源汽車推廣應(yīng)用問題。
 
       科學(xué)無國界，更何況新能源汽車本就是全球共同戰(zhàn)略。孫逢春查閱了大量國內(nèi)外文獻，無意中看到了王朝陽新發(fā)表的文章。在此之前，他們倆并不認識，不過理工男大概都有相同的腦電波頻率吧，憑著專業(yè)的執(zhí)著和對科學(xué)的追求，他們通過電子郵件認識，逐漸了解，繼而產(chǎn)生了默契和友誼，后面的事情就水到渠成，他們很快達成合作共識。
 
       找到了技術(shù)，孫逢春教授就開始考慮：如何將概念應(yīng)用于整車，如何將一篇論文用在新能源汽車上，繼而完成批量化上路。
 
       2016年，孫逢春成立了一個50人的冬奧會新能源車輛研發(fā)和應(yīng)用團隊。王朝陽教授在采訪過程中，告訴汽車總站，在美國，這是不可思議的，像他這樣的教授，要想在美國找一個50人市場化應(yīng)用團隊，不知道要到何年何月才能實現(xiàn)。王朝陽不得不贊嘆，國內(nèi)對實施新技術(shù)轉(zhuǎn)化新產(chǎn)品的能力之強，令人羨慕。
 
       2017年9月，孫逢春宣布：北京理工大學(xué)聯(lián)合盟固利、清華大學(xué)、北汽福田客車、北汽新能源、宇通客車等組建 “全氣候動力電池在電動車輛的工程化應(yīng)用”團隊完成的全天候電池技術(shù)，攻克了低溫氣候。
 
      “點石成‘金’”
 
       以前，國內(nèi)解決電動汽車動力電池低溫問題，主要采用外部加熱方式，但這種加熱系統(tǒng)能耗高、時間長、效率低、效果差，孫逢春教授和王朝陽教授的解決方案則是在現(xiàn)有鋰電池中加入一層金屬鎳鉑片，連通電源后，就可以使電池迅速加熱，而且這項技術(shù)不需要改變鋰電池的原有工藝和材料，兼容磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元鋰、鈦酸鋰等各種動力電池。
 
       王朝陽教授先后驗證了幾百種材料后，最終確定了鎳鉑作為加熱的材料，王朝陽教授告訴汽車總站，目前鎳鉑片厚度約為5毫米，據(jù)估算成本占到原材料成本的0.4%，幾乎可以忽略不計。
 
       孫逢春教授的團隊在現(xiàn)有的鋰電池中加入了這層鎳鉑片，一端連接負極，另外一端延伸到電池外形成第三極端口。連通電源后，開關(guān)的溫度傳感器啟動，在探測到環(huán)境溫度降低到25攝氏度左右時，就會通過開關(guān)控制電流通過鎳片，抗電阻性會讓鎳片發(fā)熱并且從內(nèi)部為電池提供溫度，一旦溫度上升到超過室溫時，電池配備的開關(guān)就會自動將電流轉(zhuǎn)移到直接給電池充電。
 
       據(jù)孫逢春介紹，使用該技術(shù)之后，，從零下20度加熱到0度以上12.5秒，能耗為3%，如果是外部加熱，能耗沒有損失，電池從零下40度到0度以上是42.5秒，自加熱能耗損失掉6.6%。電池加上這套系統(tǒng)以后，重量增加約1%，總體放電功率提升6倍以上。
 
       因為考慮到張家口冬季氣溫，同時兼顧東北西北等寒區(qū)實際情況，孫逢春團隊針對核心關(guān)鍵零部件的研發(fā)，都是按照低溫零下45攝氏度這個標準來進行要求，確保冬奧會零下23度的時候不出問題。
 
      及鋒而試
 
       在中國，有種寒冷叫“呼倫貝爾的冬天”。這里不但冬季漫長，而且零下40度的氣溫很常見。
 
       2018年3月8號前后，已經(jīng)當選中國工程院院士的孫逢春，帶著團隊前往呼倫貝爾市海拉爾區(qū)做實驗，當時海拉爾溫度為零下38度。孫院士的三輛冬奧會實驗用車，其中兩輛客車、一輛乘用車，在野外一個冰湖上擱置72個小時之后，采用全天候電池技術(shù)，進行5分鐘，三輛車都能正常運行，全部通過了實驗，而且效果良好，這不但說明全天候電池完成了一項世界性的實驗，同時也論證了一項全世界都沒做到的技術(shù)。
 
       對此，王朝陽教授表示略有不滿。作為一個科學(xué)家，他希望的不止是在實驗室里寫論文，更希望能在試驗場里親眼目睹驗證過程。于是，2019年初，長期生活在氣候適宜的賓夕法尼亞州的王朝陽收到了一份禮物：全套東北專用大棉襖、大棉褲、棉帽子、棉鞋和東北專用圍巾手套……
 
       2019年1月15號，孫逢春院士、王朝陽教授和他們的團隊再赴海拉爾，在零下40度的氣溫下，再次完成全氣候新能源汽車產(chǎn)品定型和示范考核試驗。
 
       同時孫逢春團隊成功實施了一鍵自加熱的技術(shù)，駕駛員需要加熱時，可以實現(xiàn)一鍵自動智能加熱。此外，這個團隊還開發(fā)應(yīng)用了減重輕量化、低溫增焓空調(diào)和整車隔熱保溫系統(tǒng)。這樣，一個基于全天候電池技術(shù)的全天候新能源汽車，才真正完成了寒區(qū)冬夏季不同氣候下熱管理的全部問題。孫逢春院士表示：有了這個核心技術(shù)，電動汽車再也沒有禁區(qū)了。
 
      “百煉成鋼”
 
       任何新的技術(shù)在新生時期，難免要受到這樣或那樣的擔(dān)心和懷疑，全天候電池也不例外。與民間的熱切期待不同，國內(nèi)外不少專家對這項技術(shù)存在質(zhì)疑。
 
       但是，科學(xué)技術(shù)的進步必須要有質(zhì)疑，也必須要經(jīng)得起質(zhì)疑，王朝陽教授表示，全天候電池現(xiàn)在已有大量的相關(guān)文章發(fā)表，從不同角度公開闡述原理，讓大家都能看得懂，甚至可以參照實現(xiàn)。而以孫逢春和王朝陽為代表的技術(shù)團隊，則在技術(shù)落地和商業(yè)化的時候，自己把一個又一個的外來的自有的懷疑和擔(dān)心解決掉，等到全天候電池在整車上普遍使用，到那時候，質(zhì)疑的聲音自然就會越來越小。
 
       畢竟，這是一個具有劃時代意義的技術(shù)突破。正如孫逢春院士所斷言：“當2022年冬奧會結(jié)束，中國的電動汽車將不會再有禁區(qū)。”
 
       也就是說，現(xiàn)有技術(shù)條件下生產(chǎn)的電動車，全球沒有一輛電動車能在零下40度放置72小時后還能動彈，而我們中國改變了這種局面：在野地里，沒有外來電源，通過自加熱，我們中國的電動汽車跑了起來。
 
       全世界都沒能做到，我們做到了。
 
       當然，意義不僅如此。王朝陽表示，希望通過這個成功案例，以后可以每年都能引進一些實用的汽車技術(shù)到中國，讓有意愿的機構(gòu)實現(xiàn)商業(yè)化落地，推動行業(yè)更好發(fā)展，這同樣是一項有意義的工作。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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