快速充电,毫无风险

未来的电动汽车充电时间更短,充电量更多。尽管这让驾驶员的生活变得更轻松,但对电池开发者而言,这是一个巨大挑战。彼得·克里特(Peter Kritzer) 为更安全的电池系统开发解决方案。

为了恢复活力,彼得·克里特在树林里漫步,享受户外美好时光。对这位49岁的化学家而言,关注电池并不稀奇。他确信未来属于电动汽车。“越来越多的政府正将其发电系统全部转向可再生能源,”克里特说道,“在交通运输业,电动汽车是利用电力的最佳方式。”许多汽车制造商对此看法一致,并斥资数十亿美元,用于开发电动动力总成。然而,将电动汽车用于日常用途意味着需要更多电力以满足需求,并且在电动汽车中储备更多电力。由此产生两个重要结果:一是电动汽车的电池尺寸将增大,确保在不充电的情况下能够行驶500公里。2019年之后销售的汽车大都将配备完全由电池构成的全新车身底板。另一方面,如何尽可能提高汽车充电速度。目前,德国高速公路已配备充电站,充电功率可高达350千瓦——是普通家庭标准交流插座容量的100倍。一家高端制造商甚至声称,他们的设备只需15分钟即可让车辆获得足够行驶400公里的电力。

彼得与电池用热绝缘无纺布。

首批使用二氧化碳作为温控系统冷却剂的汽车现已在欧洲上市

作为科德宝密封技术集团的高级应用经理,彼得·克里特对于电动汽车电池的发展感到振奋。然而,能源密度更高、充电电流更强的电池也存在风险。“无论如何,电池设计必须防止过热。”在构成锂离子电池的数百个单体电池中,即便只有一个单体电池过热,也会触发电化学反应过程,导致电池着火。单体电池的紧密排列会使热量更容易从一个单体电池传导至下一个。克里特正好有个解决对策:一个平淡无奇的硅组件,厚度仅一毫米,具有清晰的华夫格结构。该部件是一种适用于锂离子电池的隔热罩。将该部件放置在电池单元之间时,结构中的封闭空气将提供极佳的隔热效果。“这种解决方案小巧灵便,因此几乎不会影响电池系统的能源密度。”克里特说。

即将过热时,以车载二氧化碳形式呈现的快速冷却系统也可确保车辆更加安全。二氧化碳为极惰性气体,多年来一直是灭火器的使用材料。首批使用二氧化碳作为温控系统冷却剂的汽车现已在欧洲上市。“发生紧急情况时,温控系统中的二氧化碳会被引至关键电池单元。”克里特如是阐述科德宝密封技术集团的专利理念。对于使用不同冷却剂的汽车而言,这一理念同样适用。温控系统需要少量二氧化碳(约300克),并将其压缩在车载容器中。该容器与科德宝量产的液压蓄能器非常相似。

彼得在德国,魏茵海姆的科德宝工业园为电动汽车充电。

DIAvent排气阀

车用电池的隔热罩和灭火器尚在开发中,科德宝还有其他更接近批量生产阶段的解决方案。目前,一些客户正在测试一款新型电池外壳排气阀。这款排气阀兼具两种功能,过去需要不同组件方可实现这些功能。其中之一是当密封外壳处于高度发生显著变化的情况时所需的正常压力补偿。“电动汽车在山间行驶时,不会损伤电池。”克里特表示。这款排气阀兼具紧急通风功能。若气体从损坏的电池中逸出,会被立即排出。“能源密度更高的电池中不会有太多空气,”这位专家解释道,“若没有应急排气口,电池内部的压力会迅速上升,导致电池爆炸。”

DIAvent排气阀背后的理念很简单:取决于在正常运行中是否需要逐渐调节气压,或紧急情况下是否需要快速更换气体,获得专利的机械装置会根据气流改变横截面。“简单的构想有助于解决大问题。”克里特说。不过,单凭一己之力无法将创意变为量产的产品,因此克里特需要设计、材料、测试技术等诸多领域专家的协助。“说到底,成功的新产品总是团队合作的成果。”即使有时候,成功的开始只是在树林中漫步。