某插电混动车型动力电池热管理系统原理及优缺点分析

     2023-05-10 次浏览

摘要：由于在高温环境下，新能源车动力电池充放电性能会受到一定程度的限制，因此电池热管理系统的意义非常重要。本文针对某插电混动车型电池热管理系统原理及其相关工作模式，通过对该插电混合动力车型不同工况的性能测试，分析研究其热管理系统性能、控制策略等相关优缺点。

1 引言

新能源和节能环保是未来几十年发展的必要趋势，国家对新能源汽车大力扶持推进，新能汽车已成为当今全球汽车行业的发展趋势。随着新能源汽车技术和市场的不断发展，动力电池作为新能源车的动力源，电池能量密度不断提高，车辆续驶里程获得也随着不断提高，基本可满足中短途的外出用车需求。车辆动力电池性能直接影响整车动力性，充电要求更加快速便捷，充放电功率提升问题亟待解决。新能源车市场从一线及大中型城市向中小城市不同气候地区延伸，需要满足高温、低温以及一些较恶劣环境工况使用要求。对于用户而言，汽车动力电池高低温充放电受限问题，对车辆使用影响尤其明显。因此，对新能源车辆动力电池热管理系统提出了更高的要求。

本文针对一款某插电混动车型在不同工况下进行充放电试验，测试其动力电池热管理系统，研究分析其不同工作控制模式、冷却方式、热管理系统性能及其优缺点等。

2 系统原理及其工作模式

如图1 所示，某车型电池热管理系统原理图，其动力电池系统有两种冷却模式。

图1 电池热管理系统原理图

模式一为常规冷却方式，电池回路和电控回路形成单独小回路，利用现有的空调系统对电池进行冷却，电池冷却回路将电池内部的热量通过板式换热器与空调系统进行热交换，空调系统经过冷媒相变将热量通过冷凝器散热到外界空气中，此冷却方式冷却能力强，适合对电池冷却有较大需求的情况。

模式二为低温散热器散热模式，电池回路和电控回路串联成大回路。此模式下空调系统不再给电池提供冷却冷量，电池热管理系统控制相关阀体动作，将电池冷却回路与低温散热器串联。此模式下，电池冷却回路和车载充电器、电机控制器通过低温散热器与外界空气进行热交换对电池进行散热。此工作模式适合于环境温度较低，同时电池有一定散热需求的情况。此外，当空调系统发生故障无法响应电池冷却需求时，也可以通过此模式维持电池一定的散热能力。

3 测试项目方案分析

3.1 电池保温能力

电池保温能力直接影响到电池包冷却能耗，冷却性能。较好的保温能力可降低高温环境对电池热传导温升，减少电池冷却触发频次，减少冷却能耗。通过对不同车型电池包高温保温性能测试，对比优化保温能力。

3.2 电池高速无冷却电池温升

通过分析无冷却电池温升数据，对比不同车型的电池内阻水平以及自发热情况，评估不同车型的电池冷却能力。

3.3 不同工况下，电池冷却性能以及冷却控制策略

根据常规车辆使用工况，主要测试工况分别为：市区低速工况、高速工况、超车加速工况、交变工况、高温充电工况。测试条件为高温辐照环境，行车时车内开空调。在这些工况试验过程中，分析电池冷却温度控制情况、电池温度变化情况。通过对测试数据的对比，分析其优缺点，优化设计系统性能，如车内空调和电池冷却冷量分配情况、冷却耗电及能效等。

4 试验测试结果分析

（1）两车型高温暴晒测试，高温暴晒电池温升速率基本相同，经长时间高温暴晒电池最高温度可达到40～45℃。考虑到电芯在高温45℃贮存容量衰减率较35℃恶化较严重。因此，增加隔热板，对电池包保温能力进一步优化，减少环境高温对电池温度影响。

图2 暴晒温升对比

（2）环境温度较低同时电池有散热需求时，会触发低温散热器散热模式。低温环境下此模式比较差，散热能力有限，增加硬件成本同时控制系统会变复杂。对电池冷却进一步优化，当电池有冷却需求时，冷却开启约20mins 即可达到冷却效果。

当电池冷却失效同时电池温度达到设定温度时，车辆进入低温散热器散热模式，有效保证电池温度在合理范围，为高温电池提供进一步保障。

（3）优化后电池冷却系统性能提升，可满足大部分用车工况电池冷却需求。如下表1高温下各工况电池温度分布表，城市低速工况、高速工况电池温度都可稳定在35℃左右。较恶劣工况下，如交变工况下，电池温度最高温度可达40℃，基本也可满足冷却需求。

表1 高温下各工况电池温度分布

电池冷却响应快速，电池冷却有需求时可以快速响应。同时乘员舱空调降温平滑，空调出风口温度可以快速下降到舒适温度并最终稳定在设定的较低温度。电池冷却开启对乘员舱的降温效果和降温速率影响较小。

此外，综合电芯高温储存和使用寿命情况以及冷却能耗情况，某混动车型高温小功率充电工况下电池也需要运行冷却。经优化，充电过程中电池冷却触发频次降低一半，有效降低充电冷却能耗。优化措施一：加强电池包隔热，减少环境高温对电池温升影响。优化措施二：将进入充电冷却触发温度条件适当提高，减少冷却触发频次和电量消耗。

电池在高温情况下充放电能力降低，电池寿命也将受到明显影响，需要降低电池输出有效避免高温电池继续温升，切换到低温散热器散热模式后，如果继续允许EV 模式驱动，电机控制器、电机等零部件产热量较大，冷却回路冷却液温度可能高于电池温度，无法达到给电池降温的目的。

5 结语

车辆长时间处在高温环境中，电池自身充放电性能受限，电池寿命也将受到明显影响，需要有效避免电池高温温升加剧，本文通过对某车型动力电池不同工况下的测试研究分析，参考对比不同车型，进一步优化其动力电池热管理系统的性能，有效控制电池工作环境温度、降低冷却自身能耗，提升了车辆在不同工况时动力电池的充放电性能。

作者：刘志平 林春松 陶思成

深圳渝鹏新能源汽车检测研究有限公司