某插電混動車型電池熱管理系統測試分析研究

劉志平　林春松　陶思成

摘 要：由于在高溫環境下，新能源車動力電池充放電性能會受到一定程度的限制，因此電池熱管理系統的意義非常重要。本文針對某插電混動車型電池熱管理系統原理及其相關工作模式，通過對該插電混合動力車型不同工況的性能測試，分析研究其熱管理系統性能、控制策略等相關優缺點。

關鍵詞：插電混動 電池熱管理系統 控制策略 測試分析

Research and Test Analysis of Battery Thermal Management System for a Plug-in Hybrid Vehicle

Liu Zhiping，Lin Chunsong，Tao Sicheng

Abstract：Due to the high temperature environment， the charging and discharging performance of the power battery of new energy vehicles will be limited to a certain extent， so the significance of the battery thermal management system is very important. In this paper， based on the principle of battery thermal management system of a plug-in hybrid vehicle and its related working mode， the performance of the plug-in hybrid vehicle under different working conditions was tested to analyze the advantages and disadvantages of its thermal management system performance， control strategy and other related advantages and disadvantages.

Key words：plug-in mixing， battery thermal management system， control strategy， test and analysis

1 引言

新能源和節能環保是未來幾十年發展的必要趨勢，國家對新能源汽車大力扶持推進，新能汽車已成為當今全球汽車行業的發展趨勢。隨著新能源汽車技術和市場的不斷發展，動力電池作為新能源車的動力源，電池能量密度不斷提高，車輛續駛里程獲得也隨著不斷提高，基本可滿足中短途的外出用車需求。車輛動力電池性能直接影響整車動力性，充電要求更加快速便捷，充放電功率提升問題亟待解決。新能源車市場從一線及大中型城市向中小城市不同氣候地區延伸，需要滿足高溫、低溫以及一些較惡劣環境工況使用要求。對于用戶而言，汽車動力電池高低溫充放電受限問題，對車輛使用影響尤其明顯。因此，對新能源車輛動力電池熱管理系統提出了更高的要求。

本文針對一款某插電混動車型在不同工況下進行充放電試驗，測試其動力電池熱管理系統，研究分析其不同工作控制模式、冷卻方式、熱管理系統性能及其優缺點等。

2 系統原理及其工作模式

如圖1所示，某車型電池熱管理系統原理圖，其動力電池系統有兩種冷卻模式。

模式一為常規冷卻方式，電池回路和電控回路形成單獨小回路，利用現有的空調系統對電池進行冷卻，電池冷卻回路將電池內部的熱量通過板式換熱器與空調系統進行熱交換，空調系統經過冷媒相變將熱量通過冷凝器散熱到外界空氣中，此冷卻方式冷卻能力強，適合對電池冷卻有較大需求的情況。

模式二為低溫散熱器散熱模式，電池回路和電控回路串聯成大回路。此模式下空調系統不再給電池提供冷卻冷量，電池熱管理系統控制相關閥體動作，將電池冷卻回路與低溫散熱器串聯。此模式下，電池冷卻回路和車載充電器、電機控制器通過低溫散熱器與外界空氣進行熱交換對電池進行散熱。此工作模式適合于環境溫度較低，同時電池有一定散熱需求的情況。此外，當空調系統發生故障無法響應電池冷卻需求時，也可以通過此模式維持電池一定的散熱能力。

3 測試項目方案分析

3.1 電池保溫能力

電池保溫能力直接影響到電池包冷卻能耗，冷卻性能。較好的保溫能力可降低高溫環境對電池熱傳導溫升，減少電池冷卻觸發頻次，減少冷卻能耗。通過對不同車型電池包高溫保溫性能測試，對比優化保溫能力。

3.2 電池高速無冷卻電池溫升

通過分析無冷卻電池溫升數據，對比不同車型的電池內阻水平以及自發熱情況，評估不同車型的電池冷卻能力。

3.3 不同工況下，電池冷卻性能以及冷卻控制策略

根據常規車輛使用工況，主要測試工況分別為：市區低速工況、高速工況、超車加速工況、交變工況、高溫充電工況。測試條件為高溫輻照環境，行車時車內開空調。在這些工況試驗過程中，分析電池冷卻溫度控制情況、電池溫度變化情況。通過對測試數據的對比，分析其優缺點，優化設計系統性能，如車內空調和電池冷卻冷量分配情況、冷卻耗電及能效等。

4 試驗測試結果分析

（1）兩車型高溫暴曬測試，高溫暴曬電池溫升速率基本相同，經長時間高溫暴曬電池最高溫度可達到40～45℃。考慮到電芯在高溫45℃貯存容量衰減率較35℃惡化較嚴重。因此，增加隔熱板，對電池包保溫能力進一步優化，減少環境高溫對電池溫度影響。

（2）環境溫度較低同時電池有散熱需求時，會觸發低溫散熱器散熱模式。低溫環境下此模式比較差，散熱能力有限，增加硬件成本同時控制系統會變復雜。對電池冷卻進一步優化，當電池有冷卻需求時，冷卻開啟約20mins即可達到冷卻效果。

當電池冷卻失效同時電池溫度達到設定溫度時，車輛進入低溫散熱器散熱模式，有效保證電池溫度在合理范圍，為高溫電池提供進一步保障。

（3）優化后電池冷卻系統性能提升，可滿足大部分用車工況電池冷卻需求。如下表1高溫下各工況電池溫度分布表，城市低速工況、高速工況電池溫度都可穩定在35℃左右。較惡劣工況下，如交變工況下，電池溫度最高溫度可達40℃，基本也可滿足冷卻需求。

電池冷卻響應快速，電池冷卻有需求時可以快速響應。同時乘員艙空調降溫平滑，空調出風口溫度可以快速下降到舒適溫度并最終穩定在設定的較低溫度。電池冷卻開啟對乘員艙的降溫效果和降溫速率影響較小。

此外，綜合電芯高溫儲存和使用壽命情況以及冷卻能耗情況，某混動車型高溫小功率充電工況下電池也需要運行冷卻。經優化，充電過程中電池冷卻觸發頻次降低一半，有效降低充電冷卻能耗。優化措施一：加強電池包隔熱，減少環境高溫對電池溫升影響。優化措施二：將進入充電冷卻觸發溫度條件適當提高，減少冷卻觸發頻次和電量消耗。

電池在高溫情況下充放電能力降低，電池壽命也將受到明顯影響，需要降低電池輸出有效避免高溫電池繼續溫升，切換到低溫散熱器散熱模式后，如果繼續允許EV模式驅動，電機控制器、電機等零部件產熱量較大，冷卻回路冷卻液溫度可能高于電池溫度，無法達到給電池降溫的目的。

5 結語

車輛長時間處在高溫環境中，電池自身充放電性能受限，電池壽命也將受到明顯影響，需要有效避免電池高溫溫升加劇，本文通過對某車型動力電池不同工況下的測試研究分析，參考對比不同車型，進一步優化其動力電池熱管理系統的性能，有效控制電池工作環境溫度、降低冷卻自身能耗，提升了車輛在不同工況時動力電池的充放電性能。

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