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瑞彩祥云

—— (9月刊)瑞彩祥云
作者:王恒,張偉波,黃芳芳,朱曉東,趙歡歡,宋開通時間:2019-08-28來源:收藏

  王?恒,張偉波,黃芳芳,朱曉東,趙歡歡,宋開通(奇瑞技術有限公司,安徽?蕪湖?241000)

本文引用地址:/article/201908/404230.htm

  摘?要:通過對電動汽車使用過程中電池的优化設計,阐述了的關鍵性,並對電芯的使用壽命、電動汽車的性能提升有很大幫助,對電池的設計具有重要意义。

  關鍵詞:

  0 概述

  電動汽車作爲城市清潔能源動力車型,更加環保、高效。電動汽車的動力來源離不開電池系統,而電池系統則是由一系列電芯通過一定的電氣連接而構成的一個整體,由于電芯的工作原理以及銅排、高壓線束等物理連接特性導致電池系統在實際的工作過程中溫度參數會不斷的發生變化。

  温升特性对电动汽车的使用有着至关重要的影响,不同的温度下电池的使用寿命不同,更甚如果电池持续在一个极限的温度下工作,可能会存在热失控、热扩散的风险。结构方面,由于整车的布置空间有限,导致电池包往往都集中在一个很狭小的空间里,没有有效的散热空间,车辆的行驶工况以及外界环境温度的变化都会对电池的温度产生显著的影响,从而间接影响了电动汽车的正常运行。因此,合理、高效的电池熱管理策略,可以使得电动汽车的电池始终保持在一个高效的温度区间内工作,保障、提供电动汽车运行的可靠性,更是当前熱管理策略发展的核心方向。

  1 传统电池热管理温度采集方式

  作为电动汽车的动力来源,电池的性能决定了车辆的动力性,电池的寿命和一致性决定了电池的性能,而电池的温升又会影响其寿命和一致性。所以,开发合理的熱管理策略使电池保持良好的特性区间是十分必要的。

  普遍的电池热管理温度采集方式都是采用温度傳感器(NTC)粘贴在电池模组的铝钯上(如图1所示),当电池在充放电过程中,铝钯作为连接电芯的电气介质也将受到不同大小的电流冲击,随着持续充放电的时间延长,电芯、铝钯的温度会逐渐升高,并相互传递最终达到热平衡状态。铝钯的温度接近电芯的内部温度,所以可以通过采集铝钯的温升来代替电芯内部的温度,利用此温度設計电池的熱管理策略。通过電池管理系統实时采集、处理电池包各模组中的温度信息,当铝钯的温升达到電池管理系統预设警戒值时,等效理解为此时电芯内部的温升也达到了电池报警值,此时電池管理系統开发发出指令开启风扇或冷却水道,为模组降温。同理,当模组铝钯温度过低时,可以等效理解为电芯内部的温度也过低,此时電池管理系統会打开电池加热装置为电芯加热,使得电芯的充放电运行都保持在最优区间。

  2 新型电池热管理温度采集方式

  根据当前的电芯技术大环境,电池持续充放电倍率相对应的电流保持较低,脉冲倍率相对较高,而电池模组铝钯的設計规格很大程度上又取决于电芯的持续充放电倍率。由于驾驶工况的复杂多变,车辆在运行过程中模组铝钯上的电流呈现出脉冲特性,同样复杂多变。电流的脉冲变化使得铝钯的温度短时间内也快速变化,不能正常反应对应状态下的电芯内部温度变化,传统的电池温度采样都依赖于模组内部汇流排上NTC所采集的温度,故不能正确反映电池真正的温升变化,导致电池熱管理策略的异常运行,甚至会产生安全风险。

  基于以上问题,本文提出了一种优化后的电池温度采集方式及熱管理策略 : 利 用 模 组 的 结 构 形式,取模组外壳作为温度采集点,有针对性的設計熱管理策略,可以有效解决上述问题带来的弊端,使得温度采集更加接近电池的真实温升,电池熱管理策略更加合理。

  3 温度采集与数据分析

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  如圖1所示,取某品牌電芯,選取溫度采樣點A和B,A點經過特殊處理,已經將溫度采集點集成在了模組內部,真實采集了電芯的溫升;B點將溫度采集點設置在模組一定位置的外殼上,同時取模組自帶的溫度采樣點爲C。將模組串聯進實驗台架中,分別以不同倍率的電流對實驗對象進行充放電並記錄全過程各采樣點溫度變化,如圖2所示。

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  实验过程中,A点与B点温升大小、变化趋势基本重合,可等效为电芯的真实温度变化;模组自带温度采样点C在实验过程中温度变化速率快,特别是峰值电流通过时尤为明显,不能正确反映此过程中电芯的真实温度变化。如果按照C点温度采样来进行电池熱管理策略开发,无疑会导致错误的结果。

  4 温度补偿采集方案

  上述台架分析了传统的温度采集方法的弊端,电动汽车在实际的使用过程中,往往由若干个模组串联起来协同工作,相应存在若干个温度采集点,其失效模式可想而知。基于上述新型温度采集方式,本文提供了一种补偿式电池熱管理策略:

  保持原來的模組溫度采樣點不變,隨即在模組外殼側壁新增n個溫度采樣,具體信息如下。

  ①T 1 :NTC1對應主控板T1——1號模組側壁;

  ②T 2 :NTC2對應主控板T2——2號模組側壁;

  ③T 3 :NTC3對應主控板T3——3號模組側壁;

  ??

  選取溫度修正系數△T,計算公式如下:

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  其中,T a 、T b 、T N 分別表示1號、2號、N號模組自帶鋁钯溫度采樣。

  則:電池系統n個溫度采集點可用溫度如下:

  ??

  将此温度采样修正算法植入电池熱管理策略,通过实际验证得到图3所示结果。如图3所示,试验过程中首先将充满电的电池包进行静置,保持试验对象与参考对象达到热平衡,然后根据此款电芯的放电能力进行225A电流放电,放电结束后进行一定时间的静置,保证所有温度采样点热平衡,再次持续以150 A电流进行充电,满电后再次静置至热平衡,通过设备记录试验全过程温度变化。

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  可以看出未修正前模组采样与电芯采样最大温差分别为12℃、10℃,最小温差为-2℃、-2℃ ;通过补偿策略修正后模组修正温度与电芯采样最大温差分别为3.1℃、1.5℃,最小温差均为-1.9℃、-2.4℃,与实测电芯温度趋于一致,效果较好。

  综上:试验修正后的温度曲线与实际电芯内部温度采样曲线温度变化趋势一致,可以较为真实地反映电池工作过程中温度的变化情况。我们可以通过一定的电池熱管理策略并植入以上修正后的温度值TA、TB等,通过一定的算法最终达到电池热管理目的。

  5 结语

  本文通過實驗與數據分析相結合的方法,研究了一種全新的電動汽車電池熱管溫度采集方案,主要結論如下。

  1)传统的电池模组温度采集方式由于汇流排的过流特性会导致温度采集偏差较大,影响熱管理策略的正常运行;

  2)優化後的電池溫度采集方案通過增加補償溫度采集點以及一定的溫度修正策略最終使電芯溫度的采集更加接近真實值。

  电池热管理作为电动汽车的核心管理技术之一,在温度采集、策略設計等方面仍存在不足。但是,随着电动汽车的蓬勃发展,可以通过相关技术积累不断完善热管理技术,提供对电池的保护,对延长电池寿命、提高车辆性能具有重要意义。

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  本文來源于科技期刊《電子産品世界》2019年第9期第66頁,歡迎您寫論文時引用,並注明出處。



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