劉志平　林春松　陶思成

摘 要：由于在高溫環(huán)境下，新能源車(chē)動(dòng)力電池充放電性能會(huì)受到一定程度的限制，因此電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的意義非常重要。本文針對(duì)某插電混動(dòng)車(chē)型電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)原理及其相關(guān)工作模式，通過(guò)對(duì)該插電混合動(dòng)力車(chē)型不同工況的性能測(cè)試，分析研究其熱管理系統(tǒng)性能、控制策略等相關(guān)優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：插電混動(dòng) 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng) 控制策略 測(cè)試分析

Research and Test Analysis of Battery Thermal Management System for a Plug-in Hybrid Vehicle

Liu Zhiping，Lin Chunsong，Tao Sicheng

Abstract：Due to the high temperature environment， the charging and discharging performance of the power battery of new energy vehicles will be limited to a certain extent， so the significance of the battery thermal management system is very important. In this paper， based on the principle of battery thermal management system of a plug-in hybrid vehicle and its related working mode， the performance of the plug-in hybrid vehicle under different working conditions was tested to analyze the advantages and disadvantages of its thermal management system performance， control strategy and other related advantages and disadvantages.

Key words：plug-in mixing， battery thermal management system， control strategy， test and analysis

1 引言

新能源和節(jié)能環(huán)保是未來(lái)幾十年發(fā)展的必要趨勢(shì)，國(guó)家對(duì)新能源汽車(chē)大力扶持推進(jìn)，新能汽車(chē)已成為當(dāng)今全球汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著新能源汽車(chē)技術(shù)和市場(chǎng)的不斷發(fā)展，動(dòng)力電池作為新能源車(chē)的動(dòng)力源，電池能量密度不斷提高，車(chē)輛續(xù)駛里程獲得也隨著不斷提高，基本可滿(mǎn)足中短途的外出用車(chē)需求。車(chē)輛動(dòng)力電池性能直接影響整車(chē)動(dòng)力性，充電要求更加快速便捷，充放電功率提升問(wèn)題亟待解決。新能源車(chē)市場(chǎng)從一線(xiàn)及大中型城市向中小城市不同氣候地區(qū)延伸，需要滿(mǎn)足高溫、低溫以及一些較惡劣環(huán)境工況使用要求。對(duì)于用戶(hù)而言，汽車(chē)動(dòng)力電池高低溫充放電受限問(wèn)題，對(duì)車(chē)輛使用影響尤其明顯。因此，對(duì)新能源車(chē)輛動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)提出了更高的要求。

本文針對(duì)一款某插電混動(dòng)車(chē)型在不同工況下進(jìn)行充放電試驗(yàn)，測(cè)試其動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，研究分析其不同工作控制模式、冷卻方式、熱管理系統(tǒng)性能及其優(yōu)缺點(diǎn)等。

2 系統(tǒng)原理及其工作模式

如圖1所示，某車(chē)型電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)原理圖，其動(dòng)力電池系統(tǒng)有兩種冷卻模式。

模式一為常規(guī)冷卻方式，電池回路和電控回路形成單獨(dú)小回路，利用現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電池進(jìn)行冷卻，電池冷卻回路將電池內(nèi)部的熱量通過(guò)板式換熱器與空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)冷媒相變將熱量通過(guò)冷凝器散熱到外界空氣中，此冷卻方式冷卻能力強(qiáng)，適合對(duì)電池冷卻有較大需求的情況。

模式二為低溫散熱器散熱模式，電池回路和電控回路串聯(lián)成大回路。此模式下空調(diào)系統(tǒng)不再給電池提供冷卻冷量，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制相關(guān)閥體動(dòng)作，將電池冷卻回路與低溫散熱器串聯(lián)。此模式下，電池冷卻回路和車(chē)載充電器、電機(jī)控制器通過(guò)低溫散熱器與外界空氣進(jìn)行熱交換對(duì)電池進(jìn)行散熱。此工作模式適合于環(huán)境溫度較低，同時(shí)電池有一定散熱需求的情況。此外，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生故障無(wú)法響應(yīng)電池冷卻需求時(shí)，也可以通過(guò)此模式維持電池一定的散熱能力。

3 測(cè)試項(xiàng)目方案分析

3.1 電池保溫能力

電池保溫能力直接影響到電池包冷卻能耗，冷卻性能。較好的保溫能力可降低高溫環(huán)境對(duì)電池?zé)醾鲗?dǎo)溫升，減少電池冷卻觸發(fā)頻次，減少冷卻能耗。通過(guò)對(duì)不同車(chē)型電池包高溫保溫性能測(cè)試，對(duì)比優(yōu)化保溫能力。

3.2 電池高速無(wú)冷卻電池溫升

通過(guò)分析無(wú)冷卻電池溫升數(shù)據(jù)，對(duì)比不同車(chē)型的電池內(nèi)阻水平以及自發(fā)熱情況，評(píng)估不同車(chē)型的電池冷卻能力。

3.3 不同工況下，電池冷卻性能以及冷卻控制策略

根據(jù)常規(guī)車(chē)輛使用工況，主要測(cè)試工況分別為：市區(qū)低速工況、高速工況、超車(chē)加速工況、交變工況、高溫充電工況。測(cè)試條件為高溫輻照環(huán)境，行車(chē)時(shí)車(chē)內(nèi)開(kāi)空調(diào)。在這些工況試驗(yàn)過(guò)程中，分析電池冷卻溫度控制情況、電池溫度變化情況。通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的對(duì)比，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)性能，如車(chē)內(nèi)空調(diào)和電池冷卻冷量分配情況、冷卻耗電及能效等。

4 試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析

（1）兩車(chē)型高溫暴曬測(cè)試，高溫暴曬電池溫升速率基本相同，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間高溫暴曬電池最高溫度可達(dá)到40～45℃?？紤]到電芯在高溫45℃貯存容量衰減率較35℃惡化較嚴(yán)重。因此，增加隔熱板，對(duì)電池包保溫能力進(jìn)一步優(yōu)化，減少環(huán)境高溫對(duì)電池溫度影響。

（2）環(huán)境溫度較低同時(shí)電池有散熱需求時(shí)，會(huì)觸發(fā)低溫散熱器散熱模式。低溫環(huán)境下此模式比較差，散熱能力有限，增加硬件成本同時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)變復(fù)雜。對(duì)電池冷卻進(jìn)一步優(yōu)化，當(dāng)電池有冷卻需求時(shí)，冷卻開(kāi)啟約20mins即可達(dá)到冷卻效果。

當(dāng)電池冷卻失效同時(shí)電池溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，車(chē)輛進(jìn)入低溫散熱器散熱模式，有效保證電池溫度在合理范圍，為高溫電池提供進(jìn)一步保障。

（3）優(yōu)化后電池冷卻系統(tǒng)性能提升，可滿(mǎn)足大部分用車(chē)工況電池冷卻需求。如下表1高溫下各工況電池溫度分布表，城市低速工況、高速工況電池溫度都可穩(wěn)定在35℃左右。較惡劣工況下，如交變工況下，電池溫度最高溫度可達(dá)40℃，基本也可滿(mǎn)足冷卻需求。

電池冷卻響應(yīng)快速，電池冷卻有需求時(shí)可以快速響應(yīng)。同時(shí)乘員艙空調(diào)降溫平滑，空調(diào)出風(fēng)口溫度可以快速下降到舒適溫度并最終穩(wěn)定在設(shè)定的較低溫度。電池冷卻開(kāi)啟對(duì)乘員艙的降溫效果和降溫速率影響較小。

此外，綜合電芯高溫儲(chǔ)存和使用壽命情況以及冷卻能耗情況，某混動(dòng)車(chē)型高溫小功率充電工況下電池也需要運(yùn)行冷卻。經(jīng)優(yōu)化，充電過(guò)程中電池冷卻觸發(fā)頻次降低一半，有效降低充電冷卻能耗。優(yōu)化措施一：加強(qiáng)電池包隔熱，減少環(huán)境高溫對(duì)電池溫升影響。優(yōu)化措施二：將進(jìn)入充電冷卻觸發(fā)溫度條件適當(dāng)提高，減少冷卻觸發(fā)頻次和電量消耗。

電池在高溫情況下充放電能力降低，電池壽命也將受到明顯影響，需要降低電池輸出有效避免高溫電池繼續(xù)溫升，切換到低溫散熱器散熱模式后，如果繼續(xù)允許EV模式驅(qū)動(dòng)，電機(jī)控制器、電機(jī)等零部件產(chǎn)熱量較大，冷卻回路冷卻液溫度可能高于電池溫度，無(wú)法達(dá)到給電池降溫的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間處在高溫環(huán)境中，電池自身充放電性能受限，電池壽命也將受到明顯影響，需要有效避免電池高溫溫升加劇，本文通過(guò)對(duì)某車(chē)型動(dòng)力電池不同工況下的測(cè)試研究分析，參考對(duì)比不同車(chē)型，進(jìn)一步優(yōu)化其動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的性能，有效控制電池工作環(huán)境溫度、降低冷卻自身能耗，提升了車(chē)輛在不同工況時(shí)動(dòng)力電池的充放電性能。

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