電動(dòng)大巴汽車電池?zé)峁芾砜刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉文雷

摘 要：電池?zé)峁芾恚航鉀Q電池在溫度過高或過低情況下熱失控、不能深度放電問題，提升電池整體性能。電動(dòng)大巴汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是通過外部設(shè)備來調(diào)節(jié)電池的工作溫度，使電池始終能在合適的溫度范圍內(nèi)工作。磷酸鐵鋰電池工作環(huán)境一般是-20至65工作溫度。溫度較低時(shí)其容量衰減，功率性能下降;溫度較高時(shí)自放電風(fēng)險(xiǎn)增加，影響電池的可用容量，降低電池的使用壽命和效率。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車電池?zé)峁芾砜刂葡到y(tǒng);設(shè)計(jì);效率

電動(dòng)汽車的無（低）污染優(yōu)點(diǎn)，使其成為當(dāng)代汽車發(fā)展的主要方向。電動(dòng)汽車從為動(dòng)力系統(tǒng)提供能源的角度來分類.主要分為：純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池汽車。

1 電動(dòng)大巴汽車電池?zé)峁芾硌芯楷F(xiàn)狀

目前電動(dòng)大巴汽車內(nèi)的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，根據(jù)傳熱介質(zhì)的不同主要分為三大類：空氣冷卻、液體冷卻和相變材料冷卻。目前電動(dòng)大巴空調(diào)主要以液態(tài)冷卻為主。針對6--12米電動(dòng)大巴，水冷式電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)制冷功率一般匹配4.5kw、6kw、8kw三種機(jī)型。為貼近電池安裝，根據(jù)電池布置位置不同，電池?zé)峁芾碓O(shè)備又分為頂置、底置、后置。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)通過管路系統(tǒng)和電池包相連接，在水泵的推動(dòng)下通過防凍液將電池中的熱量帶出或者帶入。

2 電動(dòng)大巴汽車電池?zé)峁芾砜刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 電動(dòng)大巴電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制模式

控制模式分為：（1）BMS控制模式。（2）自動(dòng)控制模式。

（1） BMS控制模式。BMS通過CAN通訊按照事先規(guī)定的通訊協(xié)議，發(fā)送控制指令給電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)接到CAN報(bào)文后解析指令得到工作模式：制冷/制熱/熱均衡及目標(biāo)溫度后，啟動(dòng)相應(yīng)工作模式運(yùn)行。根據(jù)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)出水溫度和目標(biāo)溫度差值進(jìn)行制冷或者制熱功率的調(diào)整。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的溫度、工作狀態(tài)、系統(tǒng)壓力、制冷/制熱功率、故障等信息通過CAN通訊實(shí)時(shí)上報(bào)BMS系統(tǒng)。

（2）自動(dòng)控制模式。 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)根據(jù)BMS發(fā)出的電池最高溫度、最低溫度信息、充電狀態(tài)、放電狀態(tài)等信息，自動(dòng)判斷工作模式，制冷/制熱或熱均衡，然后啟動(dòng)相應(yīng)工作模式運(yùn)行。同樣，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的溫度、工作狀態(tài)、系統(tǒng)壓力、制冷/制熱功率、故障等信息通過CAN通訊實(shí)時(shí)上報(bào)BMS系統(tǒng)。

2.2 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)主要電氣部件控制設(shè)計(jì)

2.2.1 風(fēng)機(jī)調(diào)速控制

風(fēng)機(jī)控制采用PWM調(diào)速。風(fēng)速的大小依據(jù)壓縮機(jī)排氣壓力的多少進(jìn)行控制。

2.2.2 壓縮機(jī)頻率控制

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速通過CAN通訊控制調(diào)速，調(diào)速依據(jù)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)出水溫度和目標(biāo)溫度差進(jìn)行調(diào)速控制。

2.2.3 PTC功率調(diào)節(jié)控制

PTC功率調(diào)整通過CAN通訊控制，功率大小依據(jù)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)出水溫度水溫到67℃停止，水溫低于60℃加熱。

2.3 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)主要保護(hù)措施設(shè)計(jì)

2.3.1 系統(tǒng)高壓保護(hù)（見系統(tǒng)高壓圖）

高壓保護(hù)進(jìn)入條件：壓縮機(jī)啟動(dòng)2min后，檢測系統(tǒng)高壓連續(xù)10s大于2.5Mpa，停壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)，報(bào)警。高壓保護(hù)退出條件：壓縮機(jī)停機(jī)后檢測系統(tǒng)高壓低于2.25Mpa，且壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間超過60s，系統(tǒng)重新進(jìn)入制冷模式。如果在20min內(nèi)連續(xù)3次高壓報(bào)警系統(tǒng)將強(qiáng)行關(guān)閉，處于報(bào)警待機(jī)模式。

2.3.2 系統(tǒng)低壓保護(hù)（見系統(tǒng)低壓圖）

低壓保護(hù)進(jìn)入條件：壓縮機(jī)啟動(dòng)2min后，檢測系統(tǒng)低壓連續(xù)10s小于0.05Mpa，停壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)，報(bào)警。低壓保護(hù)退出條件：壓縮機(jī)停機(jī)后檢測系統(tǒng)高壓高于0.196Mpa，且壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間超過60s，系統(tǒng)重新進(jìn)入制冷模式。如果在20min內(nèi)連續(xù)3次低壓報(bào)警系統(tǒng)將強(qiáng)行關(guān)閉，處于報(bào)警待機(jī)模式。

2.3.3 系統(tǒng)排氣溫度保護(hù)（見排氣溫度圖）

排氣溫度保護(hù)進(jìn)入條件：當(dāng)壓縮機(jī)啟動(dòng)2min后，排氣溫度傳感器連續(xù)10s檢測到壓縮機(jī)排氣溫度高于105度，停壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)，報(bào)警。排氣溫度保護(hù)退出條件：壓縮機(jī)停機(jī)后檢測系統(tǒng)排氣溫度低于90℃，且壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間超過60s，系統(tǒng)重新進(jìn)入制冷模式。如果在20min內(nèi)連續(xù)3次排氣溫度報(bào)警系統(tǒng)將強(qiáng)行關(guān)閉，處于報(bào)警待機(jī)模式。

2.3.4 系統(tǒng)防凍結(jié)溫度保護(hù)（見防凍結(jié)圖）

防凍結(jié)溫度保護(hù)進(jìn)入條件：當(dāng)壓縮機(jī)啟動(dòng)2min后，防凍結(jié)溫度傳感器連續(xù)10s檢測到冷媒側(cè)溫度低于-3℃，停壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)，報(bào)警。防凍結(jié)溫度保護(hù)退出條件：壓縮機(jī)停機(jī)后檢測系統(tǒng)冷媒側(cè)溫度高于0℃，且壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間超過60s，系統(tǒng)重新進(jìn)入制冷模式。如果在20min內(nèi)連續(xù)3次防凍結(jié)溫度報(bào)警，系統(tǒng)將強(qiáng)行關(guān)閉，處于報(bào)警待機(jī)狀態(tài)。

2.3.5 高壓電源過壓保護(hù)（見高壓過壓圖）

高壓電源過壓保護(hù)進(jìn)入條件：當(dāng)高壓上電1min后，壓縮機(jī)檢測母線電壓連續(xù)10s檢測到電壓高于720VDC，停壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)，報(bào)警。高壓電源過壓保護(hù)退出條件：壓縮機(jī)停機(jī)后檢測系統(tǒng)高壓電壓低于700VDC，且壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間超過60s，系統(tǒng)重新進(jìn)入制冷模式。

2.3.6 高壓電源欠壓保護(hù)（見高壓欠壓圖）

高壓電源欠壓保護(hù)進(jìn)入條件：當(dāng)高壓上電1min后，壓縮機(jī)檢測

母線電壓連續(xù)10s檢測到電壓低于400VDC，停壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)，報(bào)警。高壓電源欠壓保護(hù)退出條件：壓縮機(jī)停機(jī)后檢測系統(tǒng)高壓電壓高于420VDC，且壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間超過60s，系統(tǒng)重新進(jìn)入制冷模式。

2.3.7 低壓電源過壓保護(hù)（見低壓過壓圖）

低壓電源過壓保護(hù)進(jìn)入條件：當(dāng)?shù)蛪荷想?min后，控制器檢測低壓電壓連續(xù)10s檢測到電壓高于32VDC，停壓縮機(jī)/PTC、風(fēng)機(jī)、水泵，報(bào)警。低壓電源過壓保護(hù)退出條件：壓縮機(jī)停機(jī)后控制器檢測系統(tǒng)低壓電壓低于28VDC，且壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間超過60s，系統(tǒng)重新進(jìn)入原工作模式。

2.3.8 低壓電源欠壓保護(hù)（見低壓欠壓圖）

低壓電源欠壓保護(hù)進(jìn)入條件：當(dāng)?shù)蛪荷想?min后，控制器檢測低壓電壓連續(xù)10s檢測到電壓低于18VDC，停壓縮機(jī)/PTC、風(fēng)機(jī)、水泵，報(bào)警。低壓電源欠壓保護(hù)退出條件：壓縮機(jī)停機(jī)后控制器檢測系統(tǒng)低壓電壓高于22VDC，且壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間超過60s，系統(tǒng)重新進(jìn)入原工作模式。

電動(dòng)大巴汽車隨著市場的變化也在不斷的發(fā)展，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)控制也越來越復(fù)雜。現(xiàn)在BYD出口大巴已經(jīng)用到兩臺(tái)甚至3臺(tái)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)同時(shí)給電池服務(wù)，對多臺(tái)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)需要進(jìn)行主從控制，控制難度也增加了許多。電動(dòng)大巴電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的控制將朝著溫度控制更精準(zhǔn)、系統(tǒng)運(yùn)行更節(jié)能、故障處理更高效、維修監(jiān)測更便捷的方向發(fā)展。