挑战冬奥超低温,北京理工华创技术团队助力2022冬奥会,让电动汽车不再“怕冷


从“2008科技奥运”到“2022绿色冬奥”,中国新能源汽车发展又将迎来一次技术飞越,针对第24届北京-张家口冬奥会的严寒条件,8月31日,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教授首次发布了以北京理工大学为首的电动汽车技术团队,面向冬奥环境研发的新能源汽车与低温电池技术成果,将让电动汽车不再“怕冷”。

冬奥会极寒挑战

围绕“绿色冬奥”的总体目标,实现奥运期间的绿色交通是其中的重要环节,然而,面对严寒环境,在冬奥会中使用新能源汽车,确实还要克服诸多挑战。

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教授

孙逢春表示,经过调研,在2022年冬奥会期间,如大规模使用新能源汽车,车辆将面临-20℃至-30℃的低温工作环境,作为举办地之一的张家口地区,冬季平均温度处于-10℃左右,而崇礼室外赛区在极寒时温度将降至-23℃。众所周知,在低温条件下,电动车辆动力电池的充、放电特性将变差,容量和寿命也会衰减,进而导致车辆续驶里程及整车动力性能显著下降,充电时间明显延长。长期以来,在东北、西北等高寒地区难以推广。

在解决电动汽车动力电池低温应用方面,目前主要的解决方案是采用外部加热方式,但是这种电池加热系统能耗高、时间长、效率低、效果差。例如目前新能源汽车广泛采用的电动空调加热方式,一般是通过电阻丝(PTC)加热,其制热能效比很低,在加热电池的同时,则不能满足车内乘坐温暖舒适性要求。

另外,北京冬奥会河北赛区地形主要为山区,进入冬季,道路坡度与冰雪路面等将导致车辆行驶工况十分复杂。但是,面对复杂路况,现有以电动为主的新能源车辆智能化程度普遍较低,尚无法满足冰雪覆盖的低附着路面等复杂路况对车辆智能化的要求,也对新能源汽车智能自主决策能力提出了较大挑战。总体来说,复杂路况和低智能化制约了电动汽车在北京冬奥会中的大规模应用。

低温电池技术的突破

北京理工大学、中信国安盟固利动力科技公司和美国EC POWER公司的科研团队,合作开发了超低温区域带自加热技术的锂离子动力电池系统产品并进行产业化量产。孙逢春介绍,该电池系统可适用于更低的温度,-30℃时基于自加热的方式在几十秒内使电池温度上升到0℃以上,从而激活动力电池的正常应用,电池系统比能量可达170Wh/kg,系统可靠性试验已经完成累计切断次数超过5000次。

该技术通过物理方法解决电池低温问题,适用于各种电池体系,彻底解决了电动汽车在冬季续驶里程急剧下降、无法启动、衰减、安全隐患等诸多难题,对电动汽车的发展具有里程碑的意义。

整车及关键零部件技术的突破

北京理工大学及理工华创电动车技术团队在纯电动客车整车控制及动力驱动领域也取得了一系列的核心技术成果,包括研发出智能网联整车控制器(iVCU)和无动力中断自动变速电驱动系统产品,可以满足低温环境下整车系统的高效智能控制要求,系统技术通过欧盟认证并实现成套出口。

北京理工大学还与湖南华强电气合作开展了低温补气增焓技术的应用研究,与PTC制热相比,具有宽温区、高能效、安全性好等特点,解决温度受限及能效低的难题,可以满足冬奥电动汽车低温环境制热的要求。北京理工大学还与福田汽车、北汽新能源、宇通客车等整车企业开展深入合作,在低温环境下整车系统集成技术方面开展技术攻关,为冬奥期间的应用奠定了坚实的基础。

冬奥新能源汽车开发计划

为了更好的展现我国在新能源汽车领域的研究能力和研究成果,北京市科委将重点支持面向冬奥环境的新能源汽车关键技术开发,针对面向冬奥的低温环境、坡道及冰雪路面导致行驶工况复杂等电动车辆应用需求,通过产学研和国际合作,突破车辆动力电池在低温环境下集成应用、高效低温增焓冷暖空调、高寒环境下高功率燃料电池系统、自动驾驶与自动充电协同控制、低温环境下整车系统集成及控制等关键技术,研制面向冬奥示范应用的L4级智能化纯电动中型客车、高速燃料电池大客车、低温性能优异的纯电动客车和乘用车。

由北京理工大学、清华大学、盟固利、福田客车、北汽新能源、宇通客车、华强电气组成的北京市新能源汽车项目团队计划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。预计至2020年共完成4种车型共11辆产品样车的开发,并获得产品公告并投入试验示范应用。同时,将以新能源汽车为基础和主线,重点攻关智能新能源汽车的研制和示范。

根据北京市政府的规划,服务“绿色冬奥”,要进一步强化技术应用,特别是加强分布式能源、智能网联、无线充电等技术在北京冬奥会上的应用,2019-2020年推动建设冬奥电动汽车示范区,在冬奥会区域实现电动化的同时,实现燃料电池汽车一定规模的示范应用,并力争开展无人驾驶汽车示范运行;着力京津冀充电设施协同发展,打造京津冀一体化城际快速充电网络,有效保障2022年冬奥会的绿色出行。2022年冬奥会举办过程中,其所在区域将实现新能源汽车的全覆盖。