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凛冬已至 你的“数码宝贝”还敢出门吗?
时间:2019年12月06日    来源:中国数字科技馆      作者:禾支     编辑:qyskx

近日,一股新冷空气将影响我国中东部地区,带来4-6℃降温,局地降温8℃以上。凛冬季节,不仅我们自己怕冷,各类电子产品也怕冷,比如苹果手机会“冻得”关机,电动汽车续航大幅缩水,严重影响使用。

那么,这些“数码宝贝”为何如此怕冷,有没有解决办法?12月3日,在由中国科协调宣部主办,中国科技新闻学会、光明网、北京理工大学共同承办的科学麻辣烫第四期“电池革命如何重新‘定义’汽车”活动上,记者采访了北京理工大学材料学院教授陈文杰、北京理工大学机械与车辆学院教授何洪文。

一直以来,科学家都在致力于提升电池“电力”,从铅酸电池、镍镉电池再到现在的锂离子电池,电池材料不断变化,电池的能量密度不断提高。

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北京理工大学教授陈文杰 周烨摄

“和现有的锂离子电池相比,锂硫电池的能量密度可以做的更高。” 陈人杰称,目前其研究团队正在开发高性能电池体系,利用新的材料,提升电池的能量密度、循环性能、功率特性和安全性等。

电池在低温环境下的性能状态和电池电极材料有关,陈文杰介绍称,部分电池的正极材料的低温性能不好,不适合在低温的时候放电,电化学反应机制在低温时也会暂停,这是致命短板。

这种短板能否补齐呢?陈文杰告诉记者,科学家在研究中会把温度特性作为关注点之一,专门开发低温性能特别好的或者说稳定的电极材料,并对它评估后做进一步的优化。但是,电池电极材料做到非常宽的适用温度范围,难度很大。

电池性能为何不能低温好,高温也好?陈文杰解释称,因为任何一种材料都有一个温度的适用区间,理想的状态是适应任何一个温度都可以,但现在达不到。研究人员会尽可能通过优化材料的配方,把温度区间做到更宽。他说,“如果从电池热管理方面入手,目前可能要比解决材料低温性能更实际、更有效一些。”

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北京理工大学教授何洪文 周烨摄

电池热管理究竟如何解决低温掉电问题呢?何洪文表示,一方面,可以通过电池的自加热和电池的低温阻抗产热,来提升电池在低温下的性能。另一方面,在电池外部做绝热处理,阻止电池热量的流失。外部绝热和内部的可控加热结合起来,实现电池的低温快速加热,可以有效缓解电池低温续航问题。

“零下20℃加热到零度的时间只需要20秒左右,但是能量消耗占比还比较高。” 何洪文称,现在希望充分利用电池自身的特性,提升电池的低温加热效率和速率,但这个工作还存在很多挑战。

动力电池系统的性能不仅取决于单个电池的性能,鉴于动力电池组具有的“木桶效应”和充放电末期具有的“扫帚效应”,加强对动力电池组的能量、安全、耐久性管理也很重要。何洪文表示,基于模型和数据驱动是对动力电池系统管理状态量进行估计的常用方法,通过建立电池的高精度模型,采用先进的估计算法并引入状态反馈修正,可以有效保证电池状态量的估计精度。

受访专家:北京理工大学材料学院陈文杰

北京理工大学机械与车辆学院教授何洪文

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