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纯电动汽车电池低温加热系统

2022-06-16 20:26:10·  来源：电动学堂  作者：马超等  
　
文章来源：东风汽车集团有限公司技术中心随着社会经济的进一步发展，低碳经济随之受到社会各界的高度关注，动力电池技术为新能源汽车的重要组成之一，在新能源汽

文章来源：东风汽车集团有限公司技术中心

随着社会经济的进一步发展，低碳经济随之受到社会各界的高度关注，动力电池技术为新能源汽车的重要组成之一，在新能源汽车中得到了广泛的应用和发展。电池在低温环境下使用的安全性、续航里程等成为各大主机厂新能源汽车的主要短板项。为解决这一问题，新能源汽车电池的加热系统技术被广泛采纳并应用，但其研究成本高、周期长，对于追求短期经济效益的厂家优势较小。采取热管理设计的方法成本低、见效快、设计灵活，但需要占用车辆布置设计空间。


本文在国内各类新能源电池加热技术中，主要关注低温环境下新能源汽车电池加热技术，给出了新能源汽车电池引起的低温行驶故障的有效解决方案，并为新能源汽车动力电池的加热技术提供一种有效的、安全的参考指导。


1基于液体循环系统的电池加热设计


1.1加热装置

在新能源汽车布置允许的前提空间内，通过在车辆原有液体循环路径中串联加装小型燃油空调加热系统，利用热辐射加热新能源汽车动力电池的外部，从而改善动力电池的低温环境。整套辅助加热系统主要由驾驶员控制装置、供油装置、加热做功装置、进气装置、排气装置、热量流通装置组成，采用低成本燃油启动供热，保障了动力电池的使用环境温度要求，具体装置结构组成如图1所示。


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根据国内外的技术研究，新能源汽车动力电池的加热方式有电热板加热、相变材料加热、液体循环加热、气体循环加热、交流加热、充电加热、放电加热。根据查阅文献研究对比可以知悉，不同的加热方式效果参考对比如表1所示。


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文章中采用外部加热方式中液体循环加热，该加热方式在该车型中布置简易，使用安全，温度均匀可控。经试验验证，外部加热经济高效，为新能源汽车动力电池加热提供了较好的工程参考。


1.2加热装置工作原理

液体循环辅助加热系统装置基本原理如图2所示。低温加热过程中具体的工作流程为新能源汽车在低温环境下泊车后，若存在电池动力特性引起的无法启动或者行驶故障，驾驶员可启动加热做功装置，通过供油装置做功，带动液体循环热量流通装置在水泵间辅助循环，增加电池的局部温度，维持动力电池使用环境的温度。该装置串联在车辆暖风水泵中间，图2中A、B为装置液体热量循环进出口。当达到车辆动力电池需求温度时，可通过驾驶控制装置，关闭该装置，并利用行驶过程中电池自身放电释放的热量保持温度恒定，从而保障车辆的正常行驶，提高动力电池的使用效能。


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2试验验证


2.1试验验证模型

按照某企业标准搭建新能源整车环境模拟试验系统模型如图3所示。检查新能源汽车状态，按照试验系统模型搭建试验台架，并调试测试设备至标定初始状态，环境舱内试验温度设定区间为-20℃～0℃，电池正负极接线串联数据采集设备，主要用于充电量采集使用，车载续航里程同步采集。采用温度传感器分别采集环境及电池表面温度，主要用于区分环境温度下，电池使用启动条件及使用过程中电池自身温度的变化。试验中可将驾驶员控制装置接线接至数据电脑控制，以便展开环境舱内温度变化时无需人工现场操作。


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2.2试验结果分析

按照某企业制定标准规范，对新能源汽车在低温环境下是否使用加热系统，记录了不同加热时间及温度下的放电电压、车辆续航里程，并做了对应监测，结果如图4—图6所示。

由图4可知，启动加热系统时电池的电压高于无加热系统时，能较好地输出电量，并随着使用加热时间的下降，能节约耗能，增加续航里程。


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由图5可知，新能源汽车电池底部温度上升后，液体循环管路维持较高水平，利用该关系可将循环管路布置于接近电池底盘的位置，以便更好地控制温度，提高能量利用率。


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综上所述，电池的放电电压随着加热时间的增加而降低，启动加热系统的电压值高于无加热系统的；在该车型布置辅助加热系统后，电池受液体管路热辐射加热影响，电池的不同部位温度不同，接近加热系统的电池底部温度明显高于电池中部及上部温度，且上部温度加热效果较差；车辆续航里程受环境温度的影响较大，随着环境温度的降低，续航里程大幅降低，系统加热后续航里程随着温度升高平均提升54.6%，对解决车辆低温环境下的行驶故障问题，有显著的提升。


3结论


（1）文章用整车环境模拟方法，搭建了低温环境系统试验台架，通过新设计的动力电池辅助加热系统装置，解决了低温环境下新能源汽车行驶故障，及续航里程不足导致的车辆行驶故障问题，对于新能源汽车低温环境下的加热技术，提供了一种安全有效的参考指导。

（2）根据整车环境模拟试验验证结果可知，文章所设计辅助加热系统，能有效提高新能源汽车在低温环境下的续航里程，在-20℃以内平均提升幅度为54.6%，有效解决了新能源汽车的低温环境下续航不足导致的行驶故障问题。

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