如何看汽车电池热管理系统


[导读] 电池系统的热管理,本身和其他部件的需求没有大的概念上的区别,其核心的问题,在于电池在高温区间的问题和低温区间的问题。


2010年刚入职的时候,看啥都新鲜,所以当时写过两篇文章(2010-09-26见EDN的yulzhu博客),更多的还是根据当时Volt的散热系统和AVL以及相关SAE论文的摘录。


  电动车聚合物锂电池液体冷却方法1


      电动车聚合物锂电池液体冷却方法2


  现在看来,所有做功率电子、电池散热的工程师,都合并到热系统工程的团队里面了。电池系统的热管理,本身和其他部件的需求没有大的概念上的区别,其核心的问题,在于电池在高温区间的问题和低温区间的问题。如果我们比对功率电子的热设计,殊途同归。


  1)功率电子散热 在《Robust Thermal Design of a DC-DC Converter in an Electric Vehicle》中那样:在将工业的电气化移植入汽车中的过程中的时候,整个电子类产品的热设计(包括,电机,电机控制器,DC-DC高压转换和充电器,最为特殊的是电池组)这些部件的散热要求,需要结合考虑本身部件的布置的环境,然后根据这个环境条件来仔细考虑。在夏天高温环境下,汽车要承受地面高至40度以上的环境温度,还要把乘客舱的热量散出去,如果布置在底盘上的这些设备面临着系统性的热管理的风险。


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      对一个DC/DC对主要的发热元件确定之后,根据电流Profile来评估散热模型。在风冷系统中,我们能拿出来做设计的调整的包括:(外壳材料、PCB大小、铜层大小等),后续根据参数敏感度选取比较好的控制参量和结果组合。


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       2)以前的工程总监是加拿大人,他对某秦,功率电子采用液冷,而电池系统自然冷却表示不解。电池的高温和低温的问题包括:


  a)高温 温度高了,寿命受很大的影响,特别是单体的温度差异导致容量和参数的变化,使得Pack的一个SOC的考虑泡汤了。


  b)低温 低温不能大功率充电、低温能量回收有限制,低温使得PTC能量释放出问题,客户只能开着限速的车在寒冷的车厢里面无聊的开车。


  做电池的工程师会给你一堆限制,否则


  无法保证续航里程精确性


       无法保证车辆的燃油经济性


  无法保证单体Warrenty满足要求


  无法保证单体之间的差异


  无法在某些条件下不出极端问题


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       电池热设计的基本过程:


      1. 通过整车的工况,估算电池组需要放电和充电的工况;

 

  2.使用仿真来验证以上的条件;


  3.通过估算推导在放电和充电条件下电池组产热情况;


       4.考虑系统的选择方案(液冷和风冷)


  5.以正常值考虑单体电池需要的散热条件;


  6.在既定的散热条件下(液冷为进口水压和温度,风冷为风扇的功率和进风口的空气的温度控制)设计相应的散热片或者散热间隙;


  7.通过流体设计软件来仿真结果。


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       我们根据VW的材料大概有这么一个过程


  分析车辆项目的布置


  车辆构型


  电气要求


  可安装位置


  各个国家的特殊条件要求


  电池项目的布置


  单体类型


  battery set-up


  安装空间和位置


  电气功率


  各个国家的设计条件


       热管理估计


  冷却和加热要求


  cooling medium


  可用的热连接


  可能的热管理系统构型(这里分自然冷却、强制风冷、液冷、直接制冷剂冷却)



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       以前不是很理解这种,不过自从仔细观察了Daimler的HEV系统之后总算明白了



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       模块这一层级,可能略微复杂一些,分以下四种,或者可以加一种冷却头


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       具体分以下的步骤,通过建立不同的单体热模型来确认是否符合要求。



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       这个建立模型的过程,其实挺花钱的



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       不过取巧的办法是,根据情报收集的数据,根据车辆的测量数据来获取一些模型考量:


  1)基本的单体信息可知


  2)在各种条件下,放入V、I和T探头,然后进行拟合


  我的观点是,正向可以做的漂亮,反向也要做的漂亮和精致。


  小结:


  1)今天聊了聊,晚上写个小结,其实做到后面,需要从VTS=》STS=》CTS,真正到VCU或者BMS的参数,已经经过好多轮的优化和妥协了


  2)处处皆学问,看多了把知识架构理出来,知道怎么设计,什么是要点,什么是评判接受的条件,谁来提要求,谁来满足。


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