著作泉源:上汽大通汽车有限公司0弁言动力电池动作新能源汽车(纯电动､同化动力和燃料电池)的主旨部件,目前主流的动力电池众选用三元或磷酸铁锂电池,因其自己特点

动力电池动作新能源汽车(纯电动､同化动力和燃料电池)的主旨部件,目前主流的动力电池众选用三元或磷酸铁锂电池,因其自己特点使续航里程和操纵寿命直接限制了新能源汽车本事的神速进展｡越发是锂电池容易受境遇温度改变的影响而无法寻常管事｡

正在高温境遇下(45℃以上)长岁月管事时,其操纵寿命会快速缩短,同时影响整车安好性｡正在低温境遇下(0℃以下)其充放电容量又会大幅度消浸,使车辆无法管事｡跟着新能源汽车本事的疾速进展,动力电池的热处理需求慢慢降低,液冷计划曾经逐步替换了强制风冷和自然冷却计划,并成为主流冷却计划｡正在动力电池高温管事安稳性题目获得较好治理后,奈何正在电池液冷计划的本原进步行升级,治理动力电池低温要求下的职能衰减题目,已成为行业内闭切的核心｡

本文针对某款同化动力汽车用三元电池热处理编制举行咨议,连合电池冷却编制和整车空调采暖编制从新优化整合了1套能正在冬季天色要求下有用缩短电池充电岁月,并提拔车辆运转时电池职能的电池加热编制计划｡原委仿真分解和试验验证优化,到达了预期宗旨｡

动力电池的轮回寿命与操纵温度亲昵相干,实践上无论是三元电池依然磷酸铁锂电池,其最佳管事温度畛域均为15~35℃｡跟着温度的升高或消浸,偏离最佳管事温度越远,动力电池的充放电职能的消浸就越明白｡图1为某款三元动力电池正在分别温度下的放电职能的改变,其充电也暴露同样的特点｡

过高的管事温度不只会消浸电池的充放电职能,还会大幅度消浸三元动力电池的轮回操纵寿命｡该款三元动力电池正在25℃境遇下管事时,其2000次轮回充放后的容量保留率为86.8%,境遇温度上升到35℃时,其2000次轮回充放后的容量保留率为85.4%,如图2所示｡锂电池的轮回操纵寿命改变跟着温度升高先暴露小幅度消浸,当境遇温度延续上升至45℃操纵时显露明白消浸,抵达55℃操纵时显露断崖式大幅度消浸,图3为跟着温度上升该动力电池轮回充放电至80%容量保留率的轮回次数改变弧线℃时永诀显露明白的拐点｡

为了使动力电池能正在较高的境遇温度下还是能寻常管事并保证其安好性和较长的操纵寿命,高效的电池冷却编制必不成少｡目前,强制液冷编制是三元动力电池冷却计划的主流,可能确保动力电池假使正在40℃以上的境遇下仍能撑持寻常管事,操纵寿命险些

与高温相通,低温境遇也会极大地影响锂电池的充放电职能｡正在冬季时,充电岁月会明白变长,车辆行驶经过中动力电池职能大幅度衰减｡正在某些极度情形下(如气温低于-10℃时),因为低温控制了动力电池容许的充电电流,少量的充电电流带来的电池自觉热全部不行使电池升温到容许大电流充电的央求温度,动力电池就无法延续充电,用户将面对车辆无法管事的题目｡表1为某款三元动力电池正在低温要求下容许的充电电流控制｡可能觉察正在境遇温度为-10℃以下时电池只可以尽头低的电流举行充电,使得充电完毕岁月大幅度增众｡

为了对电池热职能举行分解就必需对电池充放电经过的生热形态举行咨议｡因为电池生热速度很难精准丈量,是以普通采用数学模子举行描画｡个中美国伯克利大学D.BEMARDI提出Bemardi方程动作电池生热速度方程,该公式如下

目前,常睹的动力电池冷却办法要紧有自然冷却､强制风冷和强制液冷｡个中自然冷却因为冷却成就不佳,要紧应用正在冷却需求不高的极少磷酸铁锂动力电池上｡而三元电池因为能量密度高,刹时发烧量大,普通采用强制风冷或强制液冷｡常睹的强制风冷或强制液冷冷却组织如图4所示,其要害是冷却介质的分别,带来的冷却成就分歧很大,强制液冷具有更好的冷却成就,但组织庞杂,本钱较高｡

整车开拓中,为了更好地应用摆设空间并消浸物料本钱,电池热处理的液冷编制往往和搭客舱空调制冷编制举行集成｡应用1个专用的热交流器完成电池冷却编制的冷却介质与空调编制换热,其管事道理睹图5｡假使正在40℃以上的境遇温度下,这套编制能安稳地将电池包内温度左右正在25~35℃畛域内,且分别地点的电芯温差小于5℃｡

动力电池加热计划,目前行业内普通采用正在电池包内摆设电加热膜或者正温度系数(PTC)加热器2种计划｡但对待具备图5组织的液冷编制的动力电池而言,再正在电池包内部增众加热膜和PTC加热器不但缺乏出力,又会由于庞杂的组织和左右政策导致其面对失效危险｡

通过对热交流器的升级,正在历来空调制冷剂和电池包冷却液热量交流的本原上增众了整车采暖编制的热交流装配｡可能应用车辆上用以供暖的高压PTC装配来完成,如图6所示,如许既简化了编制组织又大幅度消浸了整车本钱｡实践操纵时,正在车辆行驶前的充电经过中,采暖用高压PTC通过充电桩电源同步加热动力电池助助充电,同时还能为搭客舱暖风编制和策划机冷却编制(插电式同化动力)举行预热,既加强了动力性又革新了安适性｡

对待采用电池液冷计划的新能源纯电动汽车也可能采用该计划,只必要将策划机冷却回道从图6编制中去除｡

整车正在插枪起先充电时,策划机处于终了管事形态,电池处理编制(BMS)依照境遇和动力电池内部温度剖断是否起动电池加热成效｡电池加热成效起动后,正在图6编制中,通过充电设置取电,高压PTC起先管事,电子治疗阀A和电子治疗阀B接踵运作,确保PTC暖水回道中的液体不再流经PHEV策划机和搭客舱散热器,仅流经热交流器｡

同时,电池冷却液轮回中的电子水泵也起先管事,促使动力电池内部换热升温｡当电池温度上升至必定畛域内,通过BMS和相干左右器左右,高压PTC和电子水泵终了管事,电子治疗阀A和电子治疗阀B复位,整车延续寻常充电｡

依照整车相干部件职能参数,对温度境遇-30℃以下的动力电池举行继续加热,个中电池冷却液轮回进口流量为12L/min,高压PTC升温功率为3kW(受车载充电机功率控制),原委20min的加热后,电池内部温度分部如图7所示｡此时电池内部加热板(即冷却水板)进口温度上升至46.4℃,出水口温度为42.8℃,进出水口温相差3.6℃｡

依照动力电池充电前加热仿真分解结果,正在温度境遇-30℃下,加热20min后,动力电池内部均匀温度可抵达20℃操纵,曾经可能满意全负荷的充电需求｡但仿真数据与实践往往会有必定过错,必要进一步通过试验验证举行优化｡

(1)正在低温-30℃境遇下,通过一段岁月的加热,电池内温度是否能满意充电央求,其结果睹表2,均匀温度抵达15℃,基础满意策画愿望｡

(2)正在低温-10℃境遇下,比较加热编制管事和不管事形态,及对充电岁月的影响,其结果睹表3｡电池满充岁月缩短了近40%,基础满意策画愿望｡

通过整车试验验证了境遇温度正在-30℃和-10℃的成就,基础满意策画愿望,也验证了仿真模子和算法的合理性｡同时也露出了极少题目,个中最为要害的题目正在于充电经过中加热的岁月依次上｡众次试验结果证实,先荟萃加热再充电的成就是最好的,但正在实践操纵中,假若觉察长岁月电池加热没有进入充电形态,或者用户举行危急短程操纵的话,反而无法到达写意成就｡是以,针对电池充电经过中的加热岁月依次举行了进一步的咨议和优化,策画了加热—充电—加热—充电瓜代举行的政策｡

固然最终成就,比荟萃加热后再充电增众了约10%的岁月,但比拟没有加热成效的情形,治理了境遇温度正在-30℃下无法充电的题目,同时正在境遇温度为-10℃要求下缩短了35%的充电岁月,到达了策画预期｡

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