電動汽車電池熱管理系統溫度控制方法研究

肖峰 楊兵 張玉榮

摘要：本論文研究電動汽車電池熱管理系統溫度控制方法，BMS根據實時采集的溫度參數和預先設定的條件，使電池包熱管理系統能夠自動在電池冷卻模式、電池加熱模式和電池低溫散熱模式之間進行切換，使電池包內電芯溫度趨于一致。本發明的電動汽車電池熱管理系統溫度控制方法，通過在電池包內設置TCU，可以集中管理電池包加熱回路和冷卻回路，且可根據實時采集的電芯溫度調整TCU內比例閥開度，以實現溫度分區域精準控制，從而提高電池包內部電芯溫度的一致性。

關鍵詞：電動汽車;電池包;電池熱管理系統;電池均溫性

中圖分類號：U469.72? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0198-02

0? 引言

近些年，在國家持續不斷的新能源政策支持下，我國新能源汽車關鍵技術取得顯著進步，電動汽車續航里程由2015年平均約160km增長到2020年平均約400km，由此帶來組成動力電池包電量和充放電功率的同步提升。維持動力電池包內電芯工作在合理的溫度范圍內，是保證動力電池系統性能和使用安全性的關鍵條件。動力電池包的液冷系統具備散熱效率高、散熱均勻，對增強電池系統穩定性、提升壽命有很大幫助。在現有電動汽車電池熱管理技術中，存在均溫性能差，熱管理效率低，且不能實現對電池包內液冷板分區域管理等問題。

1? 電動汽車電池熱管理系統設計

如圖1所示，本文設計的電池熱管理系統可根據BMS實時采集的電芯、總進水口、電池包內環境等溫度參數，設定程序自動切換冷卻、加熱回路，可實現精準控制電芯的溫度，使得電池包內電芯溫度趨于一致。同時可有效利用環境溫度，使得電動汽車在適合電池工作的環境溫度（如20～35℃）中運行時，可以通過低溫散熱模式循環冷卻液，使得電池包內電芯溫度接近周圍環境溫度，且通過分區域精準調節的方式讓電芯溫度趨于一致，此種電池熱管理方法能耗低、效率高。

電池包熱管理系統系統主要由熱管理控制單元（TCU）、液冷板、進出水口與液冷管路、電池管理系統（BMS）、整車熱管理系統組成。通過將電池包內劃分為不同的溫度區域，在每個區域布置一塊液冷板，布置在同一液冷板上的電池溫度一致性高，且液冷板都具備獨立的液冷流道和加熱模塊，從而使得熱管理效率更高。其中，TCU由比例閥和繼電器構成，可以集中管理電池包加熱回路和冷卻回路，且可根據實時采集的電芯溫度調整TCU內比例閥開度，以實現溫度分區域精準控制，從而提高電池包內部電芯溫度的一致性。

2? 電動汽車電池熱管理系統溫度控制方法研究

電動汽車電池熱管理系統溫度控制方法，可使電池包熱管理系統能夠自動在電池冷卻模式、電池加熱模式和電池低溫散熱模式之間進行切換，使電池包內電芯溫度趨于一致。

如圖2所示，電池包熱管理系統處于電池冷卻模式時，控制方法包括步驟：

C1、當電池包內電芯最高溫度Tmax>45℃時，電池冷卻模式啟動;

C2、整車空調系統開始工作，制冷劑進入冷卻器;

C3、TCU內比例閥開度調節至100%，同時通過電磁閥控制將低溫散熱器與冷卻回路斷開，延時30s后，冷卻水泵滿功率開啟，使得冷卻液進入冷卻器并開始循環流動;

C4、根據電池包內電芯溫度最高值Tmax和最低值Tmin計算電池包溫度差？駐T，？駐T=Tmax-Tmin;如果？駐T>8℃，則執行步驟C5;如果？駐T≤8℃，則執行步驟C7;

C5、與溫度為Tmin的電芯所在區域對應的液冷板連接的進水比例閥的開度調節至25%，與溫度為Tmax的電芯所在區域對應的液冷板連接的進水比例閥的開度調節至100%，與其余的液冷板連接的進水開關閥的開度調節至 75%;

C6、根據電池包內電芯溫度最高值Tmax和最低值Tmin計算電池包溫度差？駐T ，？駐T=Tmax-Tmin;如果？駐T>5℃，則返回步驟C5;如果？駐T≤5℃，則執行步驟C7;

C7、TCU內比例閥開度調節至100%;

C8、判斷電池包內電芯最高溫度Tmax是否≤40℃;如果Tmax>40℃，則返回步驟C7;如果？駐T≤40℃，則執行步驟C9;

C9、冷卻水泵停止工作，延時30s后，TCU內比例閥開度調節至關閉，電池冷卻模式結束。

電池包熱管理系統處于電池加熱模式時，控制方法包括步驟如圖3所示。

3? 結論

本文提出的電動汽車電池熱管理系統溫度控制方法，熱管理效率高，電池均溫性能顯著，使得電動汽車電池系統能穩定可靠的工作。

參考文獻：

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