提升電車?yán)m(xù)航里程 襄陽公交破解動(dòng)力電池衰減問題實(shí)現(xiàn)
均衡處理動(dòng)力電池 提升電車?yán)m(xù)航里程 襄陽公交破解動(dòng)力電池衰減問題實(shí)現(xiàn)新路徑
一、引言
近幾年來,受大環(huán)境影響,經(jīng)濟(jì)下行。公交作為公益性企業(yè)也不例外,面對(duì)多元化出行沖擊等嚴(yán)峻形勢,國內(nèi)公交經(jīng)營普遍舉步維艱,各地公交停運(yùn)風(fēng)波時(shí)有發(fā)生。因此,襄陽公交自我挖潛,控規(guī)增效,充分發(fā)揮純電動(dòng)公交車優(yōu)勢,嘗試對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行均衡處理,恢復(fù)純電車?yán)m(xù)航里程,提高電車?yán)寐?,降低企業(yè)運(yùn)營成本。
二、純電公交優(yōu)勢與面臨的問題
(一)純電動(dòng)公交車的優(yōu)勢
純電動(dòng)公交車能夠減少尾氣排放,改善空氣質(zhì)量;在運(yùn)行過程中噪音低,為乘客提供更加舒適的出行體驗(yàn);相比傳統(tǒng)燃油汽車,能耗成本更低,經(jīng)測算同級(jí)別的純電與混動(dòng)相比,燃材料可節(jié)約0.72元/公里,全年可節(jié)約5.5萬元/臺(tái)。
(二)純電動(dòng)公交車面臨的問題
受電池生產(chǎn)工藝及動(dòng)力電池特性,磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的性能在低溫環(huán)境下會(huì)受到影響,出現(xiàn)充電時(shí)間延上,續(xù)航里程縮短的問題。但最突出的問題是:純電動(dòng)公交車在使用一定年限后,動(dòng)力電池衰減,出現(xiàn)單體壓差大,續(xù)航里程不足以滿足實(shí)際營運(yùn)需求。
三、襄陽公交應(yīng)對(duì)動(dòng)力電池衰減問題
(一)動(dòng)力電池衰減基本情況
目前,襄陽公交有公交車1588臺(tái),其中純電車輛897臺(tái),占比達(dá)56.5 %。有三個(gè)批次的車輛動(dòng)力電池衰減最突出,具體如下:
2016年7月購置20臺(tái)批次,電池容量238Kwh,公告公里跑200公里,使用7年后能跑90公里;
2016年12月購置60臺(tái)批次,電池容量176Kwh,公告公里跑220公里,使用7年后能跑60公里。
2018年12月購置25臺(tái)批次,電池容量183Kwh,公告公里跑160公里,使用5年后能跑80公里。
該三批次105臺(tái)純電公交車,使用5-7年后,動(dòng)力電池衰減嚴(yán)重,SOC達(dá)到40%-60%時(shí)開始報(bào)警限工,續(xù)航里程只能達(dá)到60-90里左右。因此,需要提升純電公交車的續(xù)航里程,滿足線路運(yùn)營需求。
(二)動(dòng)力電池均衡探索歷程
襄陽公交作為新能源示范應(yīng)用推廣城市,從2016年開始每年更新車輛都購置純電動(dòng)公交車,對(duì)動(dòng)力電池續(xù)航問題也開始摸索,不斷尋求探索動(dòng)力電池修復(fù)解決方案。
2018年開始嘗試用大功率充電機(jī)對(duì)單體電池充放電,利用萬用表實(shí)時(shí)測量電壓,專人看管,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,還會(huì)造成其他單體出現(xiàn)故障;
2019年采用更換電芯和部分電池補(bǔ)電相結(jié)合的方式修復(fù)電池,新舊電芯不一致,容易出現(xiàn)電池壓差大故障;
2020年通過電池服務(wù)站購買專用電池均衡儀,對(duì)整車電池箱進(jìn)行均衡,一次性可以對(duì)36塊單體進(jìn)行均衡,大大提高整車均衡效率,基本能滿足日常營運(yùn),但使用效果只能維持3-5個(gè)月,未達(dá)到理想狀態(tài)。
直到2021年,同一家新能源技術(shù)有限公司就動(dòng)力電池容量提升項(xiàng)目進(jìn)行聯(lián)合研發(fā)取得重大技術(shù)突破,研發(fā)出一款動(dòng)力電池主動(dòng)均衡容量提升產(chǎn)品。
通過對(duì)比,采用手動(dòng)均衡,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,還會(huì)造成營運(yùn)損失,并且實(shí)際使用效果不佳,每年都需要重復(fù)操作;而采購主動(dòng)均衡設(shè)備,效率高效果好,不需要反復(fù)拆裝均衡,一次性安裝,幾乎沒有營運(yùn)損失,并且質(zhì)保2年。
(三)動(dòng)力電池主動(dòng)均衡產(chǎn)品介紹
2021年襄陽市公交與動(dòng)力電池主動(dòng)均衡修復(fù)科研機(jī)構(gòu),就動(dòng)力電池容量提升項(xiàng)目聯(lián)合研發(fā)達(dá)成合作意向,針對(duì)動(dòng)力電池容量提升系統(tǒng)的指標(biāo)優(yōu)化和效果實(shí)測等方面作了大量工作,取得了重大技術(shù)突破。
木桶盛水量的多少,取決于構(gòu)成木桶的最短木板的長度,而主動(dòng)均衡類似于木桶效應(yīng)。動(dòng)力電池容量提升系統(tǒng),以低壓電瓶為載體,通過“充低放高”的方式,提升最低單體電壓,降低最高單體電壓,實(shí)現(xiàn)電池組單體電壓性能差距減少,“補(bǔ)救”單體電池壓差大問題,最終達(dá)到了提升電池容量的目的,真正做到“為電池補(bǔ)齊短板”。具體產(chǎn)品組成及工作原理如下:
1、產(chǎn)品組成:主要包括一臺(tái)控制主機(jī)、數(shù)臺(tái)雙向均衡從機(jī)、一臺(tái)遠(yuǎn)程控制終端、系統(tǒng)分析軟件、系統(tǒng)線束等。
2、工作原理:動(dòng)力電池容量提升系統(tǒng),相當(dāng)于在車輛上加裝了一套動(dòng)力電池主動(dòng)均衡設(shè)備。車輛停駛或非充電狀態(tài)下,借助低壓蓄電池,持續(xù)對(duì)單體輸出2.5安以內(nèi)的電流,將單體電壓高的電芯能量轉(zhuǎn)移給單體電壓低電芯,對(duì)電壓較高的電芯放電,放出的能量用來對(duì)電壓較低的電芯進(jìn)行充電。通過“充低放高”的方式,主動(dòng)均衡平均各單體電壓。充電時(shí),讓電壓最先達(dá)到100%的電芯B自放電給A和C,三個(gè)電芯再一起充滿;放電時(shí)也是一樣,當(dāng)電芯B剩余電量過低時(shí),讓A和C給B充電,實(shí)現(xiàn)電池組的性能整體一致性,最終達(dá)到提升電池容量的目的。
(四)動(dòng)力電池主動(dòng)均衡產(chǎn)品實(shí)測效果
截止目前,襄陽公交已完成30余臺(tái)動(dòng)力電池的均衡維修,均衡前平均續(xù)航里程61.24公里,加裝主動(dòng)均衡設(shè)備后平均續(xù)航里程160.4公里,最高續(xù)航里程達(dá)到180公里,基本能夠滿足營運(yùn)需求。這三批次車輛105臺(tái)全部均衡完,按照目前10米純電動(dòng)車輛價(jià)格120萬元/臺(tái),可節(jié)約車輛采購費(fèi)用12232萬元,同更換動(dòng)力電池可節(jié)約費(fèi)用2152萬元。
(五)動(dòng)力電池主動(dòng)均衡產(chǎn)品安全保障
1、支持系統(tǒng)獨(dú)立。加裝系統(tǒng)不參與車輛通訊,不影響整車CAN通訊;
2、支持溫度保護(hù)。實(shí)時(shí)監(jiān)控電池溫度及時(shí)反饋至系統(tǒng)平臺(tái),發(fā)現(xiàn)異常系統(tǒng)停機(jī)保護(hù)。
3、支持低壓保護(hù)。當(dāng)?shù)蛪盒铍姵卦诠ぷ鬟^程中電壓小于23V時(shí),將觸及指令,系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。
4、支持監(jiān)控預(yù)警。后臺(tái)可實(shí)時(shí)展現(xiàn)系統(tǒng)工作狀態(tài)和電池性能狀態(tài),對(duì)于性能異常電芯有預(yù)警功能。
5、支持過壓保護(hù)。均衡設(shè)備在工作過程中如出現(xiàn)電壓異常,從
機(jī)端的過壓保險(xiǎn)將起到保護(hù)作業(yè),確保充電電壓正常。
(六)動(dòng)力電池主動(dòng)均衡產(chǎn)品售后保障
1、系統(tǒng)安裝電池檢測。對(duì)整車電池全方位檢測,綜合評(píng)估電池性能,如少量電池性能太差,建議少量更換電池(<整車15%)后加裝主動(dòng)均衡系統(tǒng),確保效能最大化。
2、系統(tǒng)質(zhì)保。綜合評(píng)估電池性能,選取最佳方案,非人為損壞,產(chǎn)品質(zhì)保期2年。
3、監(jiān)控與培訓(xùn)。產(chǎn)品安裝后,我們將實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和電池狀態(tài),確保產(chǎn)品安全,并針對(duì)客戶開展技術(shù)指導(dǎo)和培訓(xùn)。
(七)動(dòng)力電池均衡成本對(duì)比分析
襄陽公交純電動(dòng)公交車以大電量為主,以10米300度電量純電動(dòng)公交車為例。
1、購置新純電動(dòng)公交車。價(jià)格近100余萬元/臺(tái);
2、更換新的電芯。按照市場價(jià)800-1000元/度電,全部更換新電芯費(fèi)用約20余萬元/臺(tái),
3、人工手動(dòng)均衡。單次均衡費(fèi)用約4000元,一臺(tái)設(shè)備,慢充慢放耗時(shí)10天左右,均衡初期效果明顯,使用3-5個(gè)月后,電池依然會(huì)出現(xiàn)壓差過大,整改頻繁,影響營運(yùn)造成的損失。
4、主動(dòng)均衡設(shè)備。一個(gè)模塊5000元,以10.05米純電公交車為例需要5-6個(gè)模塊,加上人工成本,費(fèi)用預(yù)計(jì)3萬余元/臺(tái)。
綜述所述,采用主動(dòng)均衡設(shè)備比購置新車節(jié)約96%,比更換電池費(fèi)用節(jié)約83%,比人工均衡節(jié)約50%。
通過加裝主動(dòng)均衡設(shè)備,不僅提高了公司的電池利用率,而且極大的降低了購車費(fèi)用和更換電池費(fèi)用,探索出延長電池使用壽命的新技術(shù),踐行創(chuàng)新突破,再創(chuàng)輝煌。
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