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电动汽车电池热管理系统温度控制方法研究

  次浏览  芜湖奇达动力电池系统有限公司  2021/04/30

引言


近些年,在国家持续不断的新能源政策支持下,我国新能源汽车关键技术取得显著进步,电动汽车续航里程由2015年平均约160km增长到2020年平均约400km,由此带来组成动力电池包电量和充放电功率的同步提升。


维持动力电池包内电芯工作在合理的温度范围内,是保证动力电池系统性能和使用安全性的关键条件。动力电池包的液冷系统具备散热效率高、散热均匀,对增强电池系统稳定性、提升寿命有很大帮助。在现有电动汽车电池热管理技术中,存在均温性能差,热管理效率低,且不能实现对电池包内液冷板分区域管理等问题。


1电动汽车电池热管理系统设计


如图1所示,本文设计的电池热管理系统可根据BMS实时采集的电芯、总进水口、电池包内环境等温度参数,设定程序自动切换冷却、加热回路,可实现精准控制电芯的温度,使得电池包内电芯温度趋于一致。同时可有效利用环境温度,使得电动汽车在适合电池工作的环境温度(如20~35℃)中运行时,可以通过低温散热模式循环冷却液,使得电池包内电芯温度接近周围环境温度,且通过分区域精准调节的方式让电芯温度趋于一致,此种电池热管理方法能耗低、效率高。

电动汽车电池热管理系统温度控制方法研究

电池包热管理系统系统主要由热管理控制单元(TCU)、液冷板、进出水口与液冷管路、电池管理系统(BMS)、整车热管理系统组成。通过将电池包内划分为不同的温度区域,在每个区域布置一块液冷板,布置在同一液冷板上的电池温度一致性高,且液冷板都具备独立的液冷流道和加热模块,从而使得热管理效率更高。其中,TCU由比例阀和继电器构成,可以集中管理电池包加热回路和冷却回路,且可根据实时采集的电芯温度调整TCU内比例阀开度,以实现温度分区域精准控制,从而提高电池包内部电芯温度的一致性。


2电动汽车电池热管理系统温度控制方法研究


电动汽车电池热管理系统温度控制方法,可使电池包热管理系统能够自动在电池冷却模式、电池加热模式和电池低温散热模式之间进行切换,使电池包内电芯温度趋于一致。


如图2所示,电池包热管理系统处于电池冷却模式时,控制方法包括步骤:

C1、当电池包内电芯最高温度Tmax>45℃时,电池冷却模式启动;

C2、整车空调系统开始工作,制冷剂进入冷却器;C3、TCU内比例阀开度调节至100%,同时通过电磁阀控制将低温散热器与冷却回路断开,延时30s后,冷却水泵满功率开启,使得冷却液进入冷却器并开始循环流动;

C4、根据电池包内电芯温度最高值Tmax和最低值Tmin计算电池包温度差△T,△T=Tmax-Tmin;如果△T>8℃,则执行步骤C5;如果△T≤8℃,则执行步骤C7;

C5、与温度为Tmin的电芯所在区域对应的液冷板连接的进水比例阀的开度调节至25%,与温度为Tmax的电芯所在区域对应的液冷板连接的进水比例阀的开度调节至100%,与其余的液冷板连接的进水开关阀的开度调节至75%;

电动汽车电池热管理系统温度控制方法研究

C6、根据电池包内电芯温度最高值Tmax和最低值Tmin计算电池包温度差△T,△T=Tmax-Tmin;如果△T>5℃,则返回步骤C5;如果△T≤5℃,则执行步骤C7;

C7、TCU内比例阀开度调节至100%;

C8、判断电池包内电芯最高温度Tmax是否≤40℃;如果Tmax>40℃,则返回步骤C7;如果△T≤40℃,则执行步骤C9;

C9、冷却水泵停止工作,延时30s后,TCU内比例阀开度调节至关闭,电池冷却模式结束。

电池包热管理系统处于电池加热模式时,控制方法包括步骤如图3所示。


3结论


本文提出的电动汽车电池热管理系统温度控制方法,热管理效率高,电池均温性能显著,使得电动汽车电池系统能稳定可靠的工作。

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