許 璇， 王 波， 馮汝廣， 崔慶虎， 張連輝， 張 剛

(中通客車(chē)控股股份有限公司，山東 聊城 252000)

目前，我國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)在北方推廣遇到的最大的問(wèn)題是動(dòng)力電池低溫問(wèn)題，特別是東北、新疆、呼和浩特等高寒地區(qū)，對(duì)動(dòng)力電池的低溫性能要求更加嚴(yán)格。動(dòng)力電池低溫問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致電池一致性差、充放電性能降低以及使用壽命縮短等后果。隨著北方市場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的需求擴(kuò)大，對(duì)動(dòng)力電池高寒性能的研究成為了熱門(mén)[1-4]。

液冷結(jié)構(gòu)的動(dòng)力電池系統(tǒng)相比風(fēng)冷和自熱冷卻結(jié)構(gòu)的動(dòng)力電池系統(tǒng)，具有更好的溫度均勻性、更高的冷卻效果和良好的NVH性能。本文通過(guò)試驗(yàn)對(duì)一款電動(dòng)客車(chē)用液冷動(dòng)力電池系統(tǒng)實(shí)際低溫應(yīng)用情況下不同保溫罩的保溫性能，以及動(dòng)力電池的加熱性能進(jìn)行研究[5-8]。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 樣品電池的主要技術(shù)參數(shù)

試驗(yàn)用液冷動(dòng)力電池為錳酸鋰電池，其主要技術(shù)配置及技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 樣品電池的控制策略

1) 當(dāng)單體最高溫度高于35 ℃時(shí)，開(kāi)啟冷卻循環(huán)功能。

2) 當(dāng)單體最高溫度低于30 ℃時(shí)，關(guān)閉冷卻循環(huán)功能，泵自循環(huán)。

3) 單體最低溫度低于27 ℃時(shí)，關(guān)閉冷卻循環(huán)系統(tǒng)，關(guān)閉泵自循環(huán)。

4) 單體最高溫度低于0 ℃時(shí)，開(kāi)啟加熱功能。

5) 單體最高溫度高于10 ℃時(shí)，關(guān)閉加熱功能。

表1 樣品主要技術(shù)參數(shù)

1.3 保溫罩加裝條件及冷卻液的要求

為了使液冷動(dòng)力電池系統(tǒng)在良好的工作環(huán)境運(yùn)行，在實(shí)際應(yīng)用中，夏季和秋季會(huì)拆除保溫罩，春季和冬季會(huì)加裝保溫罩，具體的情況還要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂騺?lái)靈活應(yīng)用。液冷動(dòng)力電池系統(tǒng)的冷卻液一般根據(jù)實(shí)際氣候選取冰點(diǎn)較低的防凍液，本試驗(yàn)加裝冰點(diǎn)為-35 ℃的乙二醇防凍液。

1.4 試驗(yàn)方案

高寒保溫與加熱試驗(yàn)方案根據(jù)某款電動(dòng)客車(chē)實(shí)際應(yīng)用條件設(shè)計(jì)如下：

1) 在室溫下將電池系統(tǒng)SOC調(diào)整至100%(開(kāi)啟電池智能熱管理機(jī)組)，靜置1 h。

2) 將電池系統(tǒng)置于-30 ℃環(huán)境下(關(guān)閉電池智能熱管理機(jī)組)，靜置30 h以上,測(cè)量電池系統(tǒng)溫降情況。

3) 開(kāi)啟電池智能熱管理機(jī)組，當(dāng)電池系統(tǒng)單體最高溫度達(dá)到10 ℃停止，測(cè)量電池系統(tǒng)溫升情況。

一共進(jìn)行3輪測(cè)試，其中第一輪電池系統(tǒng)不加保溫罩，可以測(cè)量出電池系統(tǒng)的加熱性能；第二輪加氣凝膠保溫罩;第三輪加發(fā)泡保溫罩。后兩輪測(cè)試可以測(cè)量出保溫罩的保溫性能以及電池在保溫罩下的加熱性能。

1.5 試驗(yàn)平臺(tái)搭建

液冷動(dòng)力電池系統(tǒng)高寒保溫與加熱試驗(yàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)、程序控制以及環(huán)境溫度有較高的精度要求，為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，搭建專(zhuān)業(yè)的測(cè)試系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。高寒保溫與加熱測(cè)試系統(tǒng)包括測(cè)量系統(tǒng)、恒溫恒濕室、液冷動(dòng)力電池系統(tǒng)，如圖1所示。此測(cè)試系統(tǒng)可以模擬不同溫度和濕度的測(cè)試環(huán)境，通過(guò)對(duì)液冷動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)行程序控制，采集高精度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖1 高寒保溫與加熱測(cè)試系統(tǒng)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 保溫罩性能對(duì)比

3種保溫條件下的電池系統(tǒng)在-30 ℃環(huán)境下都靜置34.5 h，電池單體最低溫度的變化可以反映不同保溫罩的保溫性能，表2為試驗(yàn)結(jié)果。圖2為電池系統(tǒng)在低溫靜置階段單體電池最低溫度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。由表2和圖2可知，不加保溫罩的電池系統(tǒng)溫度下降最快，單體電池之間最大溫差為7 ℃，無(wú)法滿(mǎn)足整車(chē)在低溫下的應(yīng)用。加氣凝膠保溫罩的電池系統(tǒng)溫度下降了37 ℃，單體電池之間最大溫差為5 ℃；加發(fā)泡保溫罩的電池系統(tǒng)溫度下降了41 ℃，單體電池之間最大溫差為5 ℃。后兩者均能滿(mǎn)足在低溫下的應(yīng)用，且氣凝膠保溫罩的保溫性能優(yōu)于發(fā)泡保溫罩。

表2 低溫環(huán)境下靜置階段試驗(yàn)結(jié)果

2.2 加熱性能

電池系統(tǒng)在-30 ℃環(huán)境下進(jìn)行加熱性能測(cè)試，當(dāng)單體最高溫度達(dá)到10 ℃都停止試驗(yàn)，電池單體最高溫度的變化可以反映電池系統(tǒng)的加熱性能。表3為試驗(yàn)結(jié)果，圖3為電池系統(tǒng)在低溫加熱階段單體電池最高溫度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。

由表3和圖3可知，不加保溫罩的電池系統(tǒng)加熱性能良好，可以滿(mǎn)足整車(chē)在低溫下的實(shí)際應(yīng)用。加保溫罩后電池系統(tǒng)的升溫時(shí)間均縮短，加熱性能得到提升，均可以滿(mǎn)足整車(chē)在低溫下的實(shí)際應(yīng)用。其中加氣凝膠保溫罩的加熱性能稍差，其電池系統(tǒng)的升溫時(shí)間長(zhǎng)于加發(fā)泡保溫罩，此次試驗(yàn)也再次證明氣凝膠保溫罩的保溫性能優(yōu)于發(fā)泡保溫罩。

表3 低溫環(huán)境下加熱階段試驗(yàn)結(jié)果

圖3 單體電池最高溫度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)

3 結(jié)束語(yǔ)

液冷動(dòng)力電池目前在新能源乘用車(chē)市場(chǎng)應(yīng)用較多，效果良好，但由于成本較高在電動(dòng)客車(chē)市場(chǎng)應(yīng)用較少。隨著電動(dòng)客車(chē)市場(chǎng)的不斷發(fā)展，特別是在高寒地區(qū)的不斷推廣，目前所用的風(fēng)冷電池和自然冷卻電池的弊端逐漸顯現(xiàn)，液冷動(dòng)力電池在電動(dòng)客車(chē)市場(chǎng)的大規(guī)模使用成為必然[9-10]。