Matthias Donner博士曾就讀于明斯特應(yīng)用技術(shù)大學(xué)化學(xué)工程專業(yè),還獲得了漢堡大學(xué)技術(shù)和大分子化學(xué)專業(yè)博士學(xué)位。2006年,他加入BP德國(guó),擔(dān)任商用車傳動(dòng)油開(kāi)發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理。2009年,他負(fù)責(zé)BP、嘉實(shí)多和Aral品牌的自動(dòng)傳動(dòng)油全球產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。2012年,他調(diào)動(dòng)到位于上海的BP中國(guó)工作三年,擔(dān)任A&P傳動(dòng)系統(tǒng)性能經(jīng)理。2015年返回德國(guó)后,他在位于漢堡的嘉實(shí)多傳動(dòng)油開(kāi)發(fā)中心擔(dān)任傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)中心經(jīng)理。2019年以來(lái),Donner擔(dān)任傳動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)汽車油液的全球技術(shù)經(jīng)理,負(fù)責(zé)BP、嘉實(shí)多和Aral品牌的傳動(dòng)油和電動(dòng)汽車油液的全球開(kāi)發(fā)
電力驅(qū)動(dòng)的使用給設(shè)計(jì)工程師帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。電池的熱管理關(guān)系到實(shí)現(xiàn)高充放電性能,因此在熱管理方面要求特別高。在采訪中,BP/嘉實(shí)多的傳動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)汽車油液全球技術(shù)經(jīng)理Matthias Donner博士解釋了電力驅(qū)動(dòng)及電池所用油液的最新研發(fā)進(jìn)展。
《發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雜志》:在電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)一步研發(fā)中,油液研發(fā)起到什么作用?
DONNER:油液作為一種基本的設(shè)計(jì)成分,對(duì)電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)一步研發(fā)起到重大影響。在電驅(qū)系統(tǒng)和配套專用油液的聯(lián)合研發(fā)中,聯(lián)合工程設(shè)計(jì)極大地縮短了開(kāi)發(fā)周期,加快了投放市場(chǎng)的速度。研發(fā)的專用油液使克服工程挑戰(zhàn)成為可能,為客戶帶來(lái)的收益顯著增加。例如,它們使我們能夠?qū)崿F(xiàn)更遠(yuǎn)的續(xù)航里程,更低的成本和更短的充電時(shí)間。
《發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雜志》:有效的電池冷卻能在多大程度上提高系統(tǒng)的整體效率?
整體效率需要單獨(dú)考慮,除其他因素外,還取決于車輛的大小,行駛特點(diǎn)。采用特定的直接電池冷卻,通??梢詫?shí)現(xiàn)最佳熱傳遞。采用這種方法,可以使電芯達(dá)到最佳溫度水平,并且可以將電池芯或電池模組之間或內(nèi)部的溫度梯度降至最低。相比之下,在電池冷卻板冷卻概念中,溫度梯度可以相當(dāng)高。直接熱管理還可延長(zhǎng)電池壽命,并在極端溫度下促進(jìn)電池預(yù)調(diào)溫。比較下來(lái),間接熱管理系統(tǒng)里,實(shí)際溫度差值較高,而直接電池冷卻溫度均勻,可以提高效率。
“越來(lái)越高的性能追求是采用更高電壓的驅(qū)動(dòng)因素”
《發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雜志》:您認(rèn)為什么樣的熱管理最有效?
我認(rèn)為是浸入式冷卻,或者稱為直接電池冷卻,這是一種非常有效的熱管理形式。這種方式擴(kuò)大了電池和冷卻介質(zhì)之間的接觸表面積,因此可以提供更好的熱傳遞。在電池壽命方面,直接電池冷卻也是最有效的形式。使用介電油液可提高整個(gè)系統(tǒng)的電氣安全性,由此邁出的第一步使其對(duì)賽車運(yùn)動(dòng)和高性能領(lǐng)域極具吸引力。
“根據(jù)應(yīng)用情況,更高的電池充放電速率可淘汰大型電池?!?/strong>
《發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雜志》:在不同的熱管理系統(tǒng)中,充電和放電期間的損耗有多高?
充放電過(guò)程中的損耗取決于充電功率、電池組的結(jié)構(gòu)(串聯(lián)或并聯(lián)排列)、電池化學(xué)成分等因素。例如,為決定充放電是否起到更關(guān)鍵的作用,必須將其視為一個(gè)持續(xù)的過(guò)程。因此,為更好地應(yīng)對(duì)和克服技術(shù)挑戰(zhàn),嘉實(shí)多與客戶一同在內(nèi)部測(cè)試容量方面進(jìn)行了投入。直接電池冷卻可在最大限度上降低老化,從而在整個(gè)電池壽命期間最大限度地減少電阻的增加。
《發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雜志》:電壓水平對(duì)充電損耗有什么影響?
電功率是電壓和電流的乘積。在保持電力恒定的同時(shí),提高電壓具有降低電流的作用,從而降低了熱量的產(chǎn)生。出于這個(gè)原因,電池電壓趨于達(dá)到800V或更高,這取決于電池的設(shè)計(jì),例如串聯(lián)和并聯(lián)排列。然而,舉例來(lái)說(shuō),只是將電壓增加到800V本身不足以顯著減少充電時(shí)間。
“電力系統(tǒng)的安全性是重點(diǎn)”
《發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雜志》:到目前為止,電池的大小決定了有效充電的速度。未來(lái)這種情況是否可以通過(guò)更有效的熱管理來(lái)解決?
大型電池意味著高成本和高重量負(fù)擔(dān)。電池充放電速率與電池充電(或放電)電流相關(guān)。為縮小電池尺寸,必須提高充放電速率,實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的首選方法是直接電池冷卻。另外,電池的直接油液冷卻提供了更大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性。根據(jù)應(yīng)用情況,提高充放電速率可淘汰大型電池(例如用于市內(nèi)交通的小型車輛),并可降低成本。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō),每次充電的續(xù)航里程重要性高于最大充電功率。對(duì)于間接冷卻的電池,充電時(shí)通常只能在短時(shí)間內(nèi)保持最大充電功率,這是一個(gè)規(guī)律。直接電池冷技術(shù)卻可以防止電池充電速率快速下降,延長(zhǎng)高功率充電的時(shí)間。此外,充電基礎(chǔ)設(shè)施本身必須能夠提供高充電功率。為此,德國(guó)的Aral公司在2021年底前已經(jīng)建成了500多個(gè)Aral pulse超級(jí)快充點(diǎn),實(shí)現(xiàn)最高的充電性能,并盡可能廣地提高較短充電時(shí)間的普及率。
不斷提高的電壓水平保證了最佳性能和更高效率,但也同時(shí)提高的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本。
Donner表示:“優(yōu)化的電動(dòng)汽車油液可以延長(zhǎng)續(xù)航里程,充電更快,并延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命?!?/p>
《發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雜志》:您認(rèn)為什么電壓值才合理且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠?
車輛制造商和供應(yīng)商需要在這方面提出建議,但一個(gè)明顯的電壓趨勢(shì)是向800V發(fā)展。更高的電壓意味著更高的復(fù)雜性和更高的要求。使用優(yōu)化的電動(dòng)汽車?yán)鋮s方式可以使提高效率和降低成本成為可能。400V技術(shù)與直接電池冷卻相結(jié)合也是邁向未來(lái)的明智一步,同時(shí)也不能排除未來(lái)立法對(duì)電壓選擇的潛在影響。
《發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雜志》:在不同的應(yīng)用方面,這種趨勢(shì)會(huì)有何不同?
首先,優(yōu)質(zhì)和高性能的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹艿接绊懀诖蟊娛袌?chǎng)上,這種趨勢(shì)也很明顯。中型和重型應(yīng)用也被視為提高電壓水平的驅(qū)動(dòng)因素。
《發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雜志》:您從電動(dòng)賽車方程式的工作中獲得了哪些經(jīng)驗(yàn)?
電動(dòng)賽車方程式為我提供了大量寶貴的經(jīng)驗(yàn)。可持續(xù)性是電動(dòng)賽車方程式的核心組成部分之一,并且在原始設(shè)備制造商 (OEM)業(yè)務(wù)中也變得越來(lái)越重要。另一個(gè)關(guān)注的重點(diǎn)是電力系統(tǒng)的安全性和性能的提高。我們希望實(shí)現(xiàn)最高效率,為此,我們將充分探索各種可能性來(lái)持續(xù)進(jìn)行油液研發(fā)。為確保實(shí)現(xiàn)最佳性能,我們?cè)谫惖郎线M(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試,這為我們提供了重要的靈感,例如在極端操作條件下的磨損表現(xiàn)。特別是熱傳遞也是其中的一個(gè)重要的因素。
《發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雜志》:這一經(jīng)驗(yàn)對(duì)系列研發(fā)有什么影響?
我們的油液先經(jīng)歷賽道上的考驗(yàn),然后技術(shù)會(huì)用于大眾消費(fèi)者可以獲益的產(chǎn)品。因此,優(yōu)化的油液有助于讓實(shí)現(xiàn)每次電池充電后的更長(zhǎng)續(xù)航里程。使用極低粘度的油液來(lái)實(shí)現(xiàn)高水平的耐磨保護(hù)也是基于從賽道上獲得的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。
《發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)雜志》:您認(rèn)為需要采取哪些措施,才能讓大眾用得上、用得起電動(dòng)汽車?
嘉實(shí)多已經(jīng)針對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了全球客戶調(diào)查。在做出是否購(gòu)買電動(dòng)車的決定方面,已確定的決定性因素包括價(jià)格、續(xù)航里程和充電時(shí)間。優(yōu)化的電動(dòng)汽車油液可以延長(zhǎng)續(xù)航里程,實(shí)現(xiàn)更快速充電,并延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。此外,油液可以通過(guò)縮小組件體積等方式幫助降低成本。高功率快充點(diǎn)還應(yīng)當(dāng)通過(guò)全面充電網(wǎng)絡(luò)來(lái)提高普及率,以Aral為例,目前正將此作為Aral pulse充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的一部分進(jìn)行推廣。
Mathias Donner,非常感謝您參加這次采訪,您的講解十分生動(dòng)有趣。
采訪人:Marc Ziegler
來(lái)源:蓋世汽車
作者:忻文
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