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作者:admin 2020-07-13 12:52 浏览

作者 | 东风汽车有限公司东风日产乘用车技术中央(张春秋 徐振鹏)

来源 | 汽车炎管理之家

提要:现在国内专科周围针对电动车炎管理众荟萃在电池炎管理倾向,探讨电机、电池、空调编制整相符的整车炎管理参考文献不众;主要介绍了纯电动汽车电机、电控等散炎需求零件的炎管编制构建和电池温控编制发展技术综述与技术趋势。期待经历本文的介绍,对后续炎管理编制的发展,推动有关炎管理零部件产业化发展挑供参考(如通断式电子水阀、流量比例调节的电子水阀、高功率水泵、新式原料的冷却管路等);同时也对控制策略、控制阀值、零部件作脱手段进走较为详细的介绍,有肯定的参考意义。

1 短序

针对以上题目,片面车型进走技术升级,引入驱动编制模块化的设计,如图2所示。

先辈的汽车炎管理技术,不光能够使电池做事在卓异的温度状态,升迁电动汽车的电池行使率和寿命,也能够足够考虑整车层面的能量再行使,升迁整车的续航里程。一个好的炎管理编制是众个编制耦相符的复杂编制[3],是一个包含了电机/电控、电池温控、乘员舱温控的集体编制,迥异工况下采用迥异的炎管理模式,采用迥异的控制策略。例如现在主流的电动汽车针对电池炎管理编制采用自力的温控编制,制冷采用电池冷却器(Chiller)中冷媒与水换炎,冷水流入电池冷板给电池冷却的手段,而电池添炎采用编制中串联的水添炎器(WPTC)添炎编制循环水,再流入电池换炎板给电池采暖。这套自力的电池温控编制存在以下2个题目。第1,在环境温度较矮,但受工况影响电池必要进走冷却时,例如电池快充或车辆高负荷工况状态下,仍必要启动电动压缩机,经历冷凝器和电池冷却器对动力电池进走冷却,必要消耗更众的电能。第2,车辆在矮温刚启动后,动力电池必要添炎保温时,此时必要启动电池添炎器(WPTC)进走电池添炎,同时电机和电控编制会有散炎需求,由于电机/电控编制和电池温控编制相互自力,彼此能量不及相互行使,造成能耗亏损。于是为了挑高能耗行使率,必要选用更添优化的编制,期待经历下面的介绍,能够在编制构建,策略制定方面挑供参考,制定相符项现在请求的最优编制方案。

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2 EV整车炎管理介绍

常见电动汽车炎管理编制由电机电控温控、动力电池温控、乘客舱温控3片面构成。

电机电控温控由电子水泵、矮温散炎器、赔偿水壶、电控单元冷却模块、反变器冷却模块和驱动电机冷却模块构成。该编制的温控对象为纯电动汽车的电控单元、反变器和驱动电机。3个温控对象的发炎功率,较之传统汽车散炎量幼,且正当的做事温度相近,因此采用串联进走连接。动力电池温控由电池水冷模块、电子水泵、冷却器、水添炎器和冷媒制冷回路等构成。电池温控编制的作用在于维持各栽工况下电池温度在正当做事周围内,由于较矮温度会影响电池的放电功率和坦然性,较高温度会主要影响电池寿命和安详性[4];迥异电池形式都有正当的做事温度区间,比如铅酸电池温度周围在20~45℃[5],于是电池温控编制必要具备制冷和添炎的功能。乘客舱温控片面由电动压缩机、冷凝器、挥发器和空气添炎器等构成。由于炎泵技术还众处于研发阶段,成员舱温控编制和传统迥异不大,本次不作详细商议。

针对电机/电控和电池炎管理按发展的趋势分3栽编制构建手段,下面进走详细钻研商议。

3 第1代炎管理编制

2015年前上市的电动车由于续航里程短、电池容量幼,炎管理方面电机/电控与电池炎管理分开管理;电机/电控冷却编制众采用串联冷却形式,行使矮温散炎器对散炎需求部件进走散炎,电机/电控炎管理编制如图1(第1代炎管理编制)。

图1 串联电机/电控/附属电器冷却编制(第1代炎管理编制)

受制于技术和成本局限,早期电动车驱动编制散炎部件包括:充电器、电源分配器、

反变器和电机,采用串联冷却编制。此套编制必要考虑电器部件的发炎量和性能请求,清淡请求冷却液先流经矮发炎、对温度敏感的部件,然后再对高发炎部件进走冷却。由于部件分开进走冷却,必要考虑整车安放请求,这套编制回路冗长,编制流阻较大,对水泵性能及添注性能请求高。

第2代温控编制的特点在于保持电机/电控编制水冷的基础上,电池温控编制采用更为高效的温控手段,针对电池制冷采用与空调编制进走耦相符,同时考虑到保证电池矮温性能,引入电池添炎技术。

图2 优化的电机/电控冷却编制

优化后的冷却编制在电控模块中集成其他电器功能,整车安放考虑电控模块和电机,尽量将他们安放在同一区域,削减编制回路长度,这套编制行使的典型车型如日产的LEAF车型。

早期的EV车续航里程请求不高(清淡<200 km),电池能量密度矮,电池温控编制采用自然风量或主动风冷技术。

自然风冷是经历外界空气与电池壳体进走换炎完善电池整包的温度控制,这栽冷却手段对电池包的装配位置有请求,清淡装配在地板等通风位置。

强制风冷编制是按照炎流体仿真分析的效果对电池炎量分布区域进走强制散炎,这栽电池冷却手段在K.J.Kelly等钻研通知中进走了钻研[6]。电池风冷编制会设定鼓风风扇,专用风道等零件;考虑到电池发炎量及电池内部温差的请求,电池内部风道的形式分以下3栽类型,如图3所示,能够望到并联风道[7]的流场更为相符理。

图3 电池强制风冷风道类型

4 第2代温控编制

随着电池容量和电池能量密度的增补,电池在充放电过程中产生的炎能增补(电池集体最大发炎量大于5 kW),传统的风冷技术已经不及已足电池散炎需求。

得好于锂离子电池技术的发展,电池能量密度不息挑高,现在纯电动乘用车续航里程高于300 km的比例已经达到了81%[1]。随着电池能量密度不息增补,纯电动汽车的续航里程得到肯定升迁,有原料展望2020年纯电汽车已足市场营运请求的续航里程必要在450 km以上[2]。同时陪同着行使环境和行使区域的不息扩大,市场对电动车驱动单元、动力单元性能挑出了更高的请求。在云云的背景下,电机/电控/电池炎管理变的专门主要。与此同时,电动车整车炎管理在考虑达成整车性能的基础上更必要考虑编制节能、高效,从而减幼对整车续航里程的影响。

图4是第2代温控编制比较有代外性的编制构建方案,能够望到电机/电控与第1代对比无太大转折。电池温控编制具有制冷和添炎功能,制冷采用引入电池冷却器(Chiller)来实现,冷媒在冷却器里挥发使其内部的翅片变冷,翅片再与电池内部炎交换后的暖水进走炎交换,炎交换后的冷水经历电子水泵再次流入电池内部冷却板完善换炎循环。针对电池矮温下的采暖需求,编制设定单独的水暖PTC,清淡功率5 kW以下。采用这栽电池温控编制方案的国内车型有荣威E50、帝豪EV、景逸S50EV等[8]。针对电池采暖某些车企采用空调采温暖电池添炎共用添炎器的编制构建,如图5所示的编制。

图4 第2代温控编制代外回路

图5 电池采暖与空调制炎共用添炎器

图5 是针对电池采暖与空调制炎共用添炎的编制构建表明,这套编制益处是设定一个水添炎器给暖风和电池进走制暖,同时空调编制(制冷/制炎)能够和传统燃油车共用。但这套编制必要重新构建空调制炎回路,增补电子水泵和有关管路。考虑到除霜、除雾法规请求,常见问题共用添炎器功率较大(清淡在7 kW以上),进入到暖风芯体的冷却液温度请求较高,清淡80℃以上,但如此高温冷却液不及直接用于电池添炎,会造成电池过炎,由于按照电池性能迥异,影响电池寿命的温度限值有清晰请求,清淡在50℃旁边。为解决这个题目必要为电池回路追添炎交换器,形成水水炎交换;也有车企量产车型采用四通阀方案,如比亚迪元[9]。为了保证空调制炎优先原则,必要对电池制暖温度控制,也必要对流进电池采暖片面的高温防冻液的量进走控制,同时必要为编制追添电子水阀,控制编制流量。综上所述,共用添炎器的编制方案必要更众的构成件,编制构建更为复杂,控制更为复杂,成本更高。

针对第2代温控编制构建概括如下:

(1)电机/电控和电池温控采用两套编制回路,编制构成相对浅易,能够按照整车工况和实际需求单独控制。

(2)由于设定自力的电池温控编制,能够把电池温度控制在正当的做事温度,清淡温度控制在15℃~35℃周围内,有利于挑高电池的安详性和寿命。由于存在电池采暖功能,电池在矮温下的性能外现得到了升迁,稀奇是大大缩幼了矮温充电时间。按照2019版《EV-TEST(电动汽车测评)管理规则》对矮温充电时间有请求,倘若此项得分大于90分,SOC在0~80%的矮温充电时间/常温充电时间答幼于1.38[10]。

(3)第2代温控编制电池的制冷和采暖别离必要启动压缩机和高压水添炎器(WPTC),在北方矮温环境下电池充放电时的采温暖乘员舱的制炎需求会占用大量的能耗,经历实验测试表明用于添炎的能耗占电池总能耗的20%以上,会影响整车的续航里程。

5 第3代温控编制

经历对第2代温控编制构建的分析,发现第2代温控编制存在能耗过高的题目,必要检讨更高效,更节能的温控编制构建。

电机/电控编制和电池温控编制的温度控制周围迥异,电机/电控的编制温度高于电池正当的做事温度(15℃~35℃),如外1所示。

外1 电机/电控作温度请求 ℃

考虑到环境温度的影响,电机/电控编制的水温在50℃旁边,在矮温文况下这片面水能够流进电池进走电池预炎。同时,当环境温度较矮,电机/电控散炎需求矮,但电池必要制冷的时候,能够考虑采用矮温散炎器给电池进走制冷。按照以上表明构建如图6所示的编制回路(第3代温控编制)。

图6编制构建上风在于,电池慢充电或者高负荷放电时候能够按照环境温度来决定采用矮温散炎器制冷或者空调编制制冷。同时能够将电机/电控的片面余炎用于电池制暖或保温,这个功能在前后双驱动电机/电控编制外现的较为实用,经历仿真分析表明如下。

以某车开发模拟数据为例,在环境温度-7℃(电池温度-7℃)条件下,进走0.5 h CLTC工况循环模拟,别离分析电机冷却程度易电池有无余炎回收电池温度,如图7所示。

图6 第3代温控编制代外回路

图7 电机余炎行使表明

经历图7可知,电机冷却液温度与电池温度温差大于20℃,炎量行使率较高,同时可见电池在-7℃环境电池在无余炎行使时仅靠自己发炎温升不清晰。

针对第3代温控编制,详细清理做事模式,如外2所示,其中Tbat为电池实际温度,Tmin为电池制暖开启限值温度,Tmax为电池制冷开启限值温度。

外2 第3代温控编制做事模式

做事模式包括走驶和充电工况,概括如下。

5.1 走驶工况

(1)Tbat<Tmin:这栽情况出现在环境温度和电池本体温度较矮的情况,这个工况能够将电机的余炎用于电池添炎或保温,结相符电池放电自愿亲炎况,这个工况下水添炎器只有在极矮温度下才会启动;

(2)Tmin≤Tbat≤Tmax:电池温度在正当的做事温度下,只必要给电机/电控编制制冷,但考虑到电池内部均温请求,针对电池温控编制设定的电子水泵考虑片面时间开启;

(3)Tbat>Tmax(散炎器出水温度<25℃):这栽情况清淡出现在环境温度较矮,同时整车在高负荷做事,如长时间爬坡、高速、堵车等工况。此时电池放电功率大,温度逐步上升必要制冷;由于环境温度较矮,矮温散炎器的换炎效果较高(前置散炎器的安放方案尤为清晰),经过矮温散炎器的冷却液温度矮于25℃以下,云云的矮温冷却液能够流入到电池冷板给电池包进走制冷;

(4)Tbat>Tmax(散炎器出水温度>25℃):当环境温度较高,经过矮温散炎器的冷却液温度较高(清淡大于35℃)时,电池制冷必要借用空调编制,启动压缩机,经历电池冷却器为电池制冷。

5.2 充电工况

(1)Tbat<Tmin:当电池温度较矮情况下,电池活性会降矮,电池充电时间大大增补,必要开启水添炎器为电池制暖再进走充电,经历实验数据得知有主动制暖功能的电池温控编制会缩幼50%的充电时间;

(2)Tmin≤Tbat≤Tmax:充电过程中电池温度赓续在正当做事温度,只必要关注电池温差,决定是否启动电子水泵;

(3)Tbat>Tmax(散炎器出水温度<25℃):这个工况相通于走走时环境温度较矮的情况,能够行使矮温散炎器对电池进走制冷。但考虑到大电流快充电,电池温升较快时能够考虑开启压缩机和电池制冷器,升迁制冷效果;

(4)Tbat>Tmax(散炎器出水温度>25℃):当环境温度较高,稀奇是大电流快充的情况,必要启动压缩机,行使电池制冷器进走编制制冷。

第3代温控编制最大的上风在于降矮了压缩机和水添炎器的开启频率,降矮了整车能耗,增补了续航里程。

6 结论

随着电机/电控和电池炎管理请求的不息挑高,基于水冷手段构建的电机/电控和电池温控编制成为主流的冷却技术方案。同时由于法律法规对电动车续航里程请求不息挑高,兼顾节能、电机电控编制炎能再行使的高效的炎管理编制的构建是今后发展趋势。当炎泵技术逐步产业化后,纯电动车炎管理编制必要将电机/电控温控、动力电池温控、乘客舱温控进走周详考虑,构建更添高效节能的炎管理编制。同时会推动针对三代炎管理编制零件的产业化进程,如流量调节水阀、高功率电子水泵、集成化的炎管理模块等零件的开发。

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