先进的电子控制技术监控、协调管理各个单体电池,可改善动力电池的性能。薄膜电容等储能装置的混搭使用,也能减缓动力电池不必要的损伤。
10月30日,“第十二届高能效设计研讨会”在上海成功举办。作为“第80届中国电子展”的系列活动之一,本届研讨会以“新能源汽车与工业应用”为主题,就如何提升动力电池的能效进行了深入的交流和探讨。
专家认为,新能源车的动力(电力)驱动是一个系统工程,如果只是单方面提高电池容量则会导致重量和成本的提升,因此,还需要全面改善电机及传动机构等方面的能耗,让电池提供的有限电能得以充分发挥,以变相减轻电池的负担。
电池也要内置电子控制
据来自清华大学微电子学研究所的演讲嘉宾介绍,新能源车动力电池并不是一个简单的“大电池”,其实是由成百上千个单体电池(小电池)以串并联形式组成的电池阵列。除了对每个单体电池有很高的质量一致性要求外,还需要给电池增加一套电子控制系统,即电池管理系统(BMS),以实时监控、协调管理每个电池的状态,确保电池高效、安全和可靠地工作。他表示,当前国内对动力电池的老化效应、实时充放电特性,以及可靠性等方面的研究深度还不够,甚至疏忽了用户驾驶行为的差异对电池的影响。例如,车主驾驶传统内燃机汽车时,若频繁地加速、刹车,虽然会在一定程度上增加油耗,并不会过多地伤害动力系统,但是,对电动车而言,这便导致电池频繁遭遇大电流脉冲和电量过快损耗,如果没有科学合理的BMS进行管理,就会令电池的使用寿命、可靠性、安全性等大打折扣。谈到BMS,德州仪器半导体公司的专家坦言,目前国际上新能源车用动力电池的BMS也没有标准,其技术仍有待成熟和完善。
电池混搭有益物尽其用
国内外车企在发展新能源车时似乎已经将传统的铅酸电池排除在外,基本认同锂电池是近期发展主流。不过,也有演讲嘉宾表示,新能源车上用电设备很多,如果只用一只锂电池进行“大包大揽”未必科学,以大的锂电池为主,再搭配小的铅酸电池,以及作为辅助用途的储能电容,也许综合成本更优、可操作性更好。例如,驱动车辆的电机,需要几百伏的高电压,而座椅调节电机、车内照明等装备只需要十几伏的电压即可。另外,避免发动怠速空转的启停系统(Start-Stop)和制动能量回收装置,会对电池进行频繁的充放电。与铅酸电池相比,锂电池有效充放电次数有了很大的提升,但毕竟还是次数有限,而薄膜电容储能装置的充放电次数则可达上百万次,加上其具备的充放电快、高可靠性等特性,非常适合在新能源车上用于回收制动能量及启动发动机(混合动力车),以减轻对动力锂电池的损伤。
技术成熟还需多方协力
在研讨会的互动交流环节,有专家表示,现在,动力电池在很多指标上已经取得了很大的进步,越来越接近市场化所需的条件,同时,外界对其要求也越来越高。不过,动力电池毕竟是新兴事物,而且也是跨学科产物,还需要众多来自材料、电化学、芯片、测试生产设备,以及汽车厂商等不同领域的专家共同进行理论研究和实践探索。例如,美国力科公司的技术专家在演讲中介绍,在新能源及开关电源开发应用中,有超高压信号和超低压信号,有时候需要在观察到几百伏的信号同时,还能够分辨出几十至几百毫伏级的信号,如沿用传统(通用)的8位示波器就会出现分辨率远远达不到要求的问题,此时就需要更先进的12位示波器了。