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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(shí)間:2019-02-21 10:32來源:蓋世汽車 作者:綜合報(bào)道
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2008年奧運(yùn)會(huì)期間，500余輛新能源服務(wù)車穿行于鳥巢、水立方和奧運(yùn)村之間；2022年冬奧期間，將會(huì)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(gè)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(dòng)汽車百人會(huì)年會(huì)“下一代電驅(qū)動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)”和“動(dòng)力電池技術(shù)峰會(huì)”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(jìn)行了主題演講，如果你仔細(xì)聆聽，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這兩位遠(yuǎn)隔重洋的學(xué)者因?yàn)樾履茉雌囘^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(tuán)隊(duì)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(yù)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(dòng)車輛工程技術(shù)中心是國內(nèi)最早從事電動(dòng)車輛研究的單位，是國內(nèi)最早從事電動(dòng)車輛研究的單位， 2008年由國家發(fā)改委授權(quán)成立了電動(dòng)車輛國家工程實(shí)驗(yàn)室，北理工教授孫逢春擔(dān)任主任。2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，孫逢春團(tuán)隊(duì)主持實(shí)施國際奧運(yùn)史上首次奧運(yùn)中心區(qū)零排放公交工程。2015年，中國獲得2022年冬奧會(huì)舉辦資格，孫逢春馬上意識(shí)到，冬奧會(huì)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(jī)。
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(duì)全民對(duì)冬奧會(huì)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(xiàn)，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(rèn)識(shí)，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(duì)科學(xué)的追求，他們通過電子郵件認(rèn)識(shí)，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(dá)成合作共識(shí)。
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(gè)50人的冬奧會(huì)新能源車輛研發(fā)和應(yīng)用團(tuán)隊(duì)。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(gè)50人市場化應(yīng)用團(tuán)隊(duì)，不知道要到何年何月才能實(shí)現(xiàn)。王朝陽不得不贊嘆，國內(nèi)對(duì)實(shí)施新技術(shù)轉(zhuǎn)化新產(chǎn)品的能力之強(qiáng)，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(dòng)力電池在電動(dòng)車輛的工程化應(yīng)用”團(tuán)隊(duì)完成的全天候電池技術(shù)，攻克了低溫氣候。
“點(diǎn)石成‘金’”
以前，國內(nèi)解決電動(dòng)汽車動(dòng)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(shí)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(xiàng)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(dòng)力電池。
王朝陽教授先后驗(yàn)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(jì)。
孫逢春教授的團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)有的鋰電池中加入了這層鎳鉑片，一端連接負(fù)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(dòng)，在探測到環(huán)境溫度降低到25攝氏度左右時(shí)，就會(huì)通過開關(guān)控制電流通過鎳片，抗電阻性會(huì)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(shí)，電池配備的開關(guān)就會(huì)自動(dòng)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?yàn)榭紤]到張家口冬季氣溫，同時(shí)兼顧東北西北等寒區(qū)實(shí)際情況，孫逢春團(tuán)隊(duì)針對(duì)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行要求，確保冬奧會(huì)零下23度的時(shí)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(hào)前后，已經(jīng)當(dāng)選中國工程院院士的孫逢春，帶著團(tuán)隊(duì)前往呼倫貝爾市海拉爾區(qū)做實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)海拉爾溫度為零下38度。孫院士的三輛冬奧會(huì)實(shí)驗(yàn)用車，其中兩輛客車、一輛乘用車，在野外一個(gè)冰湖上擱置72個(gè)小時(shí)之后，采用全天候電池技術(shù)，進(jìn)行5分鐘，三輛車都能正常運(yùn)行，全部通過了實(shí)驗(yàn)，而且效果良好，這不但說明全天候電池完成了一項(xiàng)世界性的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也論證了一項(xiàng)全世界都沒做到的技術(shù)。
對(duì)此，王朝陽教授表示略有不滿。作為一個(gè)科學(xué)家，他希望的不止是在實(shí)驗(yàn)室里寫論文，更希望能在試驗(yàn)場里親眼目睹驗(yàn)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(hào)，孫逢春院士、王朝陽教授和他們的團(tuán)隊(duì)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(yàn)。
同時(shí)孫逢春團(tuán)隊(duì)成功實(shí)施了一鍵自加熱的技術(shù)，駕駛員需要加熱時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)一鍵自動(dòng)智能加熱。此外，這個(gè)團(tuán)隊(duì)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(gè)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(gè)核心技術(shù)，電動(dòng)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(shí)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(duì)這項(xiàng)技術(shù)存在質(zhì)疑。
但是，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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(shí)現(xiàn)。而以孫逢春和王朝陽為代表的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，則在技術(shù)落地和商業(yè)化的時(shí)候，自己把一個(gè)又一個(gè)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(shí)候，質(zhì)疑的聲音自然就會(huì)越來越小。
畢竟，這是一個(gè)具有劃時(shí)代意義的技術(shù)突破。正如孫逢春院士所斷言：“當(dāng)2022年冬奧會(huì)結(jié)束，中國的電動(dòng)汽車將不會(huì)再有禁區(qū)。”
也就是說，現(xiàn)有技術(shù)條件下生產(chǎn)的電動(dòng)車，全球沒有一輛電動(dòng)車能在零下40度放置72小時(shí)后還能動(dòng)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(dòng)汽車跑了起來。
全世界都沒能做到，我們做到了。
當(dāng)然，意義不僅如此。王朝陽表示，希望通過這個(gè)成功案例，以后可以每年都能引進(jìn)一些實(shí)用的汽車技術(shù)到中國，讓有意愿的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地，推動(dòng)行業(yè)更好發(fā)展，這同樣是一項(xiàng)有意義的工作。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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