深入內(nèi)“芯” 探秘CATL電池熱管理

　　2016年是“十三五”開局之年，國家繼續(xù)不遺余力支持新能源汽車。2016年初，李克強總理在國務(wù)院常務(wù)會議上指出，支持新能源汽車，把動力電池放在首位。動力電池的地位可見一斑。如今，新能源汽車在全國遍地開花，足跡已至遙遠的西藏、新疆、海南等邊遠地區(qū)。然而，我國幅員遼闊，地理環(huán)境、氣候條件相差巨大，新能源車在極寒酷熱的天氣里能否正常行駛呢?這對核心零部件動力電池來說是一個巨大的考驗。

CATL動力電池

　　在實際運營中，極寒高溫天氣會經(jīng)常遇到，這也讓動力電池的熱管理系統(tǒng)顯得極為重要乃至成為區(qū)別新能源車性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。電池熱管理是建立在材料學、電化學、傳熱學、分子動力學等多學科多領(lǐng)域基礎(chǔ)之上，為解決電池在溫度過高或過低情況下工作而引起熱散逸或熱失控問題，以提升電池整體性能的技術(shù)。

　　針對動力電池遇冷遇熱問題，國內(nèi)知名電池廠家寧德時代新能源(簡稱“CATL”)是怎么做的呢?中國客車網(wǎng)為此采訪了CATL產(chǎn)品開發(fā)總監(jiān)胡建國和研發(fā)中心的尤若波博士。

　　CATL做好電池熱管理，冷熱全不怕

　　CATL研發(fā)中心的尤博士告訴我們，CATL在客車系統(tǒng)配備有電池熱管理系統(tǒng)，包括冷卻模塊和加熱模塊。當電池系統(tǒng)的溫度超過高溫閾值時會啟動冷卻模塊對電池進行降溫，當電池系統(tǒng)的溫度低于低溫閾值時會啟動加熱模塊對電池升溫，以確保電池總在舒適的溫度下運行，保證電池的使用壽命。

　　冬天“趴窩”是純電動車很頭疼的一個問題，長期低溫行駛更是會影響電池壽命。為此，CATL對電池系統(tǒng)的低溫充放電性能進行了長期的研究，積累了很多對應(yīng)不同類型電芯的測試和模擬數(shù)據(jù)。尤博士介紹說，對于如何提高低溫下的續(xù)航里程問題可以從兩個方面入手：1.從電池材料和設(shè)計角度，提升電池低溫充放電性能;2.從電池系統(tǒng)的角度，通過有效熱管理系統(tǒng)快速將電池從低溫加熱到電池正常運行的最佳工作溫度范圍。

　　耐得住嚴寒，經(jīng)得起火煉

　　受得住極寒才是“真金”。2016年3月搭載CATL動力電池系統(tǒng)的純電動客車駛?cè)胫袊鴺O北之地——漠河，開展了為期1個月的純電動車極寒測試。漠河三月氣溫，最低可到零下40度，平均氣溫在零下20度，測試條件極為嚴苛。截至目前，在漠河進行測試的純電動客車運行平穩(wěn)，各項參數(shù)正常，CATL品質(zhì)得到見證。

　　真金不僅要耐住嚴寒，還要經(jīng)得起“火煉”。超過正常范圍的低溫高溫對電池的損傷都是不可逆轉(zhuǎn)的。據(jù)CATL介紹，在電芯設(shè)計上，CATL通過選擇耐高溫或耐低溫的電芯材料，以提高電池在高溫或低溫下的循環(huán)壽命。從電芯制造角度，通過提高電芯性能一致性也可以有效提供電池系統(tǒng)的整體使用壽命。

　　CATL的足跡已至全年高溫的海南三亞。在那里，一批搭載CATL動力電池的旅游觀光車從2013年底投入運行，至今在高溫狀態(tài)下運行良好，各項數(shù)據(jù)正常。截止目前，純電動觀光車已累計運營12000公里。

　　獨門武功：電池包液冷熱管理系統(tǒng)

　　為解決嚴酷環(huán)境和惡劣運行工況對電池熱管理提出的挑戰(zhàn)，CATL獨立設(shè)計開發(fā)了電池包液冷熱管理系統(tǒng)，這種熱管理系統(tǒng)具備有換熱效率高，質(zhì)量輕，可靠性好，溫度控制能力強等特點。

　　CATL采用設(shè)計，仿真和測試手段相結(jié)合開發(fā)電池熱管理系統(tǒng),包括硬件和軟件開發(fā)。硬件設(shè)計方面，整車冷卻機組和電池包熱管理系統(tǒng)一體化設(shè)計，達到綜合性能優(yōu)化。在高溫環(huán)境下CATL電池熱管理系統(tǒng)利用冷卻液進入電池箱體內(nèi)通過專門設(shè)計的高效換熱器實現(xiàn)迅速給電池模塊冷卻的目的。在低溫環(huán)境下時,該熱管理系統(tǒng)使用加熱器對冷卻液進行加熱,從而使電池溫度迅速達到目標工作溫度區(qū)間。

　　軟件設(shè)計上，電池溫度控制策略被集成到CATL的電池管理系統(tǒng)(BMS)中，全面考慮各種正常和異常使用場景，確?？刂平Y(jié)果的快速性，精確性和魯棒性(系統(tǒng)的健壯性)。惡劣工況條件下系統(tǒng)測試表明，電池溫度可控制在25~40度左右的最佳工作溫度區(qū)間內(nèi)。

　　同時CATL開發(fā)了有隔熱特性的復合材料箱體,與電池包液冷熱管理系統(tǒng)完美組合,減少了電池包對外界環(huán)境的依賴,實現(xiàn)”冬暖夏涼”的效果,這大大提高了用戶的使用體驗。

　　最后，CATL產(chǎn)品開發(fā)總監(jiān)胡建國對客車網(wǎng)說，對于電池系統(tǒng)的應(yīng)用，很多人有一種誤解，認為只要電芯優(yōu)化設(shè)計，擁有寬溫度范圍就可以適應(yīng)不同應(yīng)用環(huán)境，不必花成本去做熱管理。其實，好的熱管理，不僅能擴展電池系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，而且能保持系統(tǒng)中各單體電池之間的溫度均勻性。溫度均勻性對維持電池的長期一致性至關(guān)重要，而維持電池一致性對延長使用壽命具有決定性作用。

　　在激烈的中日韓電池“三國殺”中，CATL一直保有一席之地，甚至以超高安全性做世界最安全電池的理念“獨步武林”。如今，搭載CATL電池的新能源汽車不僅無憂行駛在我國的最冷地區(qū)，更在酷暑地區(qū)無懼馳騁。

　　“好產(chǎn)品會說話”，實力的積累，品質(zhì)的驗證，CATL造好“芯”，演繹精彩之旅，值得期待。