新能源客車我國在北方寒冷地區(qū)如何推廣?2015年8月16日,“低溫環(huán)境純電動(dòng)汽車發(fā)展與應(yīng)用論壇”在內(nèi)蒙古包頭市舉辦。國家和各地城市主管部門領(lǐng)導(dǎo)、行業(yè)專家、北京大學(xué)工學(xué)院、電動(dòng)車輛國家工程實(shí)驗(yàn)室上百位政府官員、企業(yè)高管、專家學(xué)者出席該次論壇。美國哥倫比亞大學(xué)教授、安徽藍(lán)奧汽車科技有限公司董事長郭一新老師,向筆者介紹了新能源客車動(dòng)力電池抗低溫專利技術(shù)解決方案,筆者根據(jù)郭一新老師提供資料進(jìn)行了編輯,供大家參考。
 
一、低溫對電動(dòng)汽車電池的影響
 
低溫是電動(dòng)汽車的一個(gè)大敵,不解決好這個(gè)問題,電動(dòng)汽車就很難在北方低寒地區(qū)推廣開來,更是影響電動(dòng)公交客車在低溫地區(qū)的推廣使用。其主要影響有3個(gè)方面: 
 
1.隨溫度的降低,電動(dòng)汽車電池效率也大幅下降。美國汽車協(xié)會(huì)組織的的測試結(jié)果標(biāo)明,一輛電動(dòng)汽車在24度時(shí)續(xù)航里程為169公里,零下7度時(shí)續(xù)航里程為69公里,下降了60%。試驗(yàn)車如圖1。
 
 
圖1  美國阿拉斯加州,一輛在雪天中行駛的特斯拉電動(dòng)汽車。測試零下7度時(shí)續(xù)航里程為69公里,下降60%。
 
2.在低溫環(huán)境下,充電時(shí)間變長。根據(jù)專家提供的資料,在充電電流為5A的條件下,環(huán)境溫度-25℃時(shí)的充電時(shí)間,比25℃時(shí)的充電時(shí)間慢了63%。這樣長的充電時(shí)間,對用戶而言,選用電動(dòng)汽車,已經(jīng)沒有一點(diǎn)實(shí)際意義。如表1。
表1   環(huán)境溫度-25℃時(shí)的充電時(shí)間,比25℃時(shí)的充電時(shí)間慢了63%
 
3.電池的壽命在過低的環(huán)境溫度工作時(shí)間一長,極大縮短了電池的壽命。根據(jù)美國波士頓電池公司提供的資料,一塊容量為3500mAh的電池,如果在-10℃的環(huán)境中工作,那么經(jīng)過不到100次充放電循環(huán),電量就將急劇衰減至500mAh,基本就報(bào)廢了。如表2.
 
 
表2  在過低的環(huán)境溫度極大縮短了電池的壽命
 
二.低溫環(huán)境下,電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫方案
 
1.基本結(jié)構(gòu)組成
 
主要包括:數(shù)個(gè)電動(dòng)汽車電池、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱1、 電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱底座外殼3、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱底座外殼里層高效納米保溫材料4、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板外殼5、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板外殼里層高效納米保溫材料6、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱左箱板外殼7、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱左箱板外殼里層高效納米保溫材料8、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱右箱板外殼9、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱右箱板外殼里層高效納米保溫材料10、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱前箱板外殼11、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱前箱板外殼里層高效納米保溫材料12、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱蓋板外殼13、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱蓋板外殼里層高效納米保溫材料14,電動(dòng)汽車電池正負(fù)級(jí)15,16、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板電熱絲17、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板電熱絲控制器18、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱溫度傳感器19、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板風(fēng)扇20、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱箱板存放室21、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱溫度顯示器22等。如圖2,圖3,圖4。
 

 
 
2.主要原理介紹
 
當(dāng)電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱1里電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱溫度傳感器19度低于設(shè)定值,電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板5電熱絲控制器18啟動(dòng)電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板電熱絲17,電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板風(fēng)扇20同時(shí)工作,使得電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱溫度上升,當(dāng)電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱溫度傳感器19溫度達(dá)到設(shè)定值,電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板5電熱絲控制器18中斷電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板電熱絲17電熱,也中斷電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板風(fēng)扇20工作,由于電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱底座外殼3、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板外殼5、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱左箱板外殼7、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱右箱板外殼9、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱前箱板外殼11、電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱蓋板外殼13的里層填充高效納米保溫材料高效納米保溫材料,電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱可長時(shí)間保溫,保護(hù)電動(dòng)汽車電池在寒冷狀態(tài)正常工作,并無需電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱后箱板電熱絲反復(fù)電熱,大大節(jié)省了用電量,增加電動(dòng)客車運(yùn)行里程。該電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱使用的電源,在外接電源充電時(shí),自動(dòng)使用外接電源,在運(yùn)行時(shí)自動(dòng)使用電動(dòng)汽車電池。
 
3.主要特征介紹
 
a)本方案中,電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱底座外殼3、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱后箱板外殼5固定在電動(dòng)汽車底盤,電動(dòng)客車電池自動(dòng)保箱左箱板外殼7、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱右箱板外殼9、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱前箱板外殼11、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱蓋板外殼13可拆卸。
 
b) 本方案中,電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱底座外殼3、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱后箱板外殼5,電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱蓋板外殼13上有邊槽,以便電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱左箱板外殼7、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱右箱板外殼9、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱前箱板外殼11插入邊槽,快速拼裝成整體。
 
c) 本方案中,電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱左箱板外殼7、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱右箱板外殼9、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱前箱板外殼11、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱蓋板外殼13拆卸后安放在電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱旁邊的電池自動(dòng)保溫箱箱板存放室21里。
 
d)本方案中,寒冷地區(qū)氣溫下降到一定溫度后,人工將電客汽車電池自動(dòng)保溫箱左箱板外殼7、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱右箱板外殼9、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱前箱板外殼11插入電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱底座外殼3、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱后箱板外殼5、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱蓋板外殼13邊槽,快速拼裝成整體。
 
e)本方案中,寒冷地區(qū)氣溫上升到一定溫度后,人工將電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱左箱板外殼7、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱右箱板外殼9、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱前箱板外殼11、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱蓋板外殼13從電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱底座外殼3、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱后箱板外殼5邊槽拔脫出,放入電池自動(dòng)保溫箱箱板存放室。
 
f)本方案中,當(dāng)電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱溫度傳感器19溫度高于設(shè)定值,電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱后箱板電熱絲控制器18自動(dòng)報(bào)警,表示該期間氣溫上升,電池自動(dòng)保溫箱不起作用。
 
4.本項(xiàng)目與其他同類產(chǎn)品優(yōu)勢
 
a)本項(xiàng)目一種寒冷地區(qū)電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱采用拼裝式結(jié)構(gòu),除電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱底座、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱后箱板固定在電動(dòng)汽車底盤上外,其余電池自動(dòng)保溫箱板都可拆卸,以免在夏天溫度高時(shí)影響電池散熱。
 
b)本項(xiàng)目一種寒冷地區(qū)電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱,采用電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱后箱板電熱絲控制器控制電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱后箱板電熱絲加熱或中斷加熱,確保電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱在設(shè)定溫度內(nèi)。
 
c)本項(xiàng)目一種寒冷地區(qū)電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱,它的塊箱板外殼里填充了高效納米保溫材料高效納米保溫材料,高效納米保溫材料是世界上質(zhì)量最輕、保溫隔熱性能最好的固體材料,導(dǎo)熱率為0.008-0.025W/mK,保溫效果是普通保溫材料的5-8倍。極大節(jié)省了電熱絲耗電量。
 
d)本項(xiàng)目一種寒冷地區(qū)電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱,解決了寒冷地區(qū)電動(dòng)汽車電池壽命短,電量下降快,電機(jī)無法啟動(dòng)的瓶頸問題。有利于在寒冷地區(qū)推廣電動(dòng)汽車的應(yīng)用。
 
e)本項(xiàng)目一種寒冷地區(qū)電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱,電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱左箱板外殼、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱右箱板外殼、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱前箱板外殼、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱蓋板外殼拆卸后安放在電動(dòng)汽車電池自動(dòng)保溫箱旁邊的電池自動(dòng)保溫箱箱板存放室里,安裝時(shí)由于是插在電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱底座外殼、電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱后箱板外殼的邊槽里,可在10分鐘內(nèi)快速拼裝成保溫箱整體。操作簡單,節(jié)省時(shí)間,無需操作培訓(xùn)。
 
f)當(dāng)電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱溫度傳感器溫度高于設(shè)定值,電動(dòng)客車電池自動(dòng)保溫箱后箱板電熱絲控制器自動(dòng)報(bào)警,表示該期間氣溫上升,電池自動(dòng)保溫箱不起作用,提醒車主拆卸電池自動(dòng)保溫箱塊活動(dòng)箱板。
 
g)  高效納米保溫材料重量輕 。據(jù)計(jì)算,每個(gè)保溫箱重量不大于10kg.
 
h) 本方案同樣適用于乘用車電池自動(dòng)保溫。

三.電動(dòng)客車在低溫環(huán)境下保溫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
 
本實(shí)驗(yàn)對充水溫度95度鋼管使用使用6mm, 12mm高效納米保溫材料和沒有使用高效納米保溫材料作測試,當(dāng)時(shí)室溫為6-9度。結(jié)果為:
 
無高效納米保溫材料鋼管充水溫度95度到45度,需要2小時(shí),見表3。6mm高效納米保溫材料鋼管充水溫度95度到45度,需要5小時(shí)30分,為無高效納米保溫材料保溫時(shí)間2.75倍,見表4。12mm高效納米保溫材料鋼管充水溫度95度到45度,需要11小時(shí)30分,為無高效納米保溫材料保溫時(shí)間5.75倍。
 
四、電動(dòng)客車整車恒溫工作解決方案
 
燃油、燃?xì)馄囋诟邷靥鞖鈫?dòng)空調(diào)制冷,將耗費(fèi)大量能源。而電動(dòng)汽車無論在高溫天氣啟動(dòng)空調(diào)制冷,低溫天氣啟動(dòng)空調(diào)保溫,都大量消耗蓄電池電能??梢哉f,高溫、低溫天氣是影響電動(dòng)汽車發(fā)展的一個(gè)大敵,不解決上述的問題,電動(dòng)汽車就很難在北方低寒地區(qū)和南方高溫地區(qū)大量推廣。因此,如何保障電動(dòng)汽車在低溫和高溫條件下實(shí)現(xiàn)正常的續(xù)駛里程,以及如何節(jié)省燃油,燃?xì)馄囋诟邷貑?dòng)空調(diào)時(shí)的能源消耗,是本項(xiàng)目的目的。
 
電動(dòng)客車車廂高效保溫層,主要包括:客車車廂、頂層塑料薄型板外殼、頂層外殼里層高效納米保溫材料,后箱板塑料薄型板外殼、后箱板塑料薄型板外殼里層高效納米保溫材料,底層塑料薄型板外殼、底層塑料薄型板外殼里層高效納米保溫材料,前箱板塑料薄型板外殼、前箱板塑料薄型板外殼里層高效納米保溫材料,車廂玻璃保溫膜,其特征是:頂層塑料薄型板外殼拼裝成頂層保溫層,底層塑料薄型板外殼拼裝成底層保溫層、并有車廂左、右、前、后塑料薄型板外殼,和車廂左、右玻璃保溫膜,形成封閉保溫空間。當(dāng)汽車啟動(dòng)空調(diào)并達(dá)到設(shè)定溫度后,汽車車廂溫度可長時(shí)間保持恒溫,可節(jié)省大量汽車能源。尤其是電動(dòng)汽車空調(diào)冬天使用電池對車廂加熱,夏天使用電池對車廂制冷,大大節(jié)省了汽車電池用電量,增加汽車運(yùn)行里程。另外,前擋風(fēng)玻璃可采用Low-E隔熱玻璃,該玻璃從外往內(nèi)看有顏色,從駕駛臺(tái)往外看透明。歐美國家已開始將Low-E隔熱玻璃用于擋風(fēng)玻璃。
 
本方案同樣適用于乘用車車廂保溫。
 
五、電動(dòng)客車電池保溫和車廂保溫安全性
 
電動(dòng)客車電池保溫裝置首要解決安全性問題,該保溫裝置安全性有如下方面:
 
1)電動(dòng)客車電池保溫裝置采用低電壓電加熱,無論加熱多長時(shí)間,電熱溫度始終保持在設(shè)定值,即使自動(dòng)控制器失控,保溫裝置也不會(huì)升高溫度,只是浪費(fèi)電能而已。
 
2) 電動(dòng)客車電池保溫裝置采用高低溫設(shè)定值,使得電池保溫箱內(nèi)始終在設(shè)定溫度內(nèi)。
 
3) 電動(dòng)客車電池保溫箱的保溫納米層有阻燃特性,一定程度阻止電池自燃。
 
4) 電動(dòng)客車安裝保溫層同樣具有阻燃特性特性,一定程度阻止車廂燃燒蔓延到電池或油箱(如電油混合動(dòng)力客車),氣瓶(如電氣混合動(dòng)力客車)。