电气化背景下电动汽车热管理技术的进步与展望

电动汽车热管理已成为保障车辆宽温域环境适应能力、电池热安全和乘员舱热舒适性等方面的关键技术,同时也对电动汽车的能耗,特别是高低温环境下的整车能耗有着显著影响。随着车辆电气化和智能化的快速发展,与传统汽车相比,电动汽车热管理技术和发展路线在动力系统、空调系统等子热力系统和整车层面都呈现出了明显的差异和巨大的进步。综述了国内外电动汽车热管理技术领域重要的研究进展,阐述了电池、电机、热泵空调等子系统和整车集成热管理系统的技术进步,总结了当前电动汽车热管理亟待突破的技术重点和未来发展趋势。     

电动汽车锂离子电池的生热特性

对锂离子电池生热特性的研究是电动汽车动力电池热管理设计的基础。文章以电动汽车用11A·h电池单体为例,进行有限元建模分析,比较了它在不同环境温度下的生热特性。经过试验验证,测试结果与仿真分析相符合,该电池在环境温度为-20～40℃时以1C放电终止,温升为20℃左右。指出由于该电池推荐工作温度为30～55℃,因此使用时电池外部应配有加热系统;当电池放电倍率始终小于1C时,可不配置强制冷却系统。     

并联混合动力汽车整车控制仿真

新能源汽车3大关键技术包括动力电池及其电池管理系统、驱动电机及其电机控制以及整车能量管理控制策略,整车控制策略直接决定能量流在汽车内部的流动及整车性能的好坏。文章利用模糊控制策略建立了详细的动力总成多能源能量管理控制模块,并通过ADVISOR仿真平台对所设计的控制策略进行仿真分析。仿真结果显示100km油耗仅5．1L,0-100km／h加速时间为23．1s,最大行驶速度168.3km／h;表明该能量管理策略能明显改善燃油经济性。动力性也具有较好表现。     

不同热管理方案下锂离子电池模组温度特性分析

针对锂离子动力电池在不同条件下电池模组温度变化及热失控传播特性不明晰的问题,提出了基于不同填充材料的电池热管理模拟方案。利用COMSOL Multiphysics软件,以18650电池为研究对象,建立锂离子电池模组热电耦合模型,分析不同填充材料下充放电倍率、液冷流量、液冷管排数对正常电池模组温度的影响;探究不同填充材料对电池模组热失控传播的影响;结合电池热失控试验数据验证模型准确性。结果表明,填充材料和管排数对电池正常模组温度影响较大;填充材料为石墨时最佳液冷管排数为8根;PCM材料能将对热失控传播时间控制在40~50 s/颗,相比于石墨具备明显优势。     

动力电池包热管理设计与优化分析

针对动力电池包热管理中系统温度不均匀的问题,本文以某款液体循环冷暖一体化热控方式的电池包为研究对象,通过Ansys-fluent对其液冷回路进压降仿真,并优化液冷回路,最后通过实验验证优化前后系统的散热/加热性能,得出流量均匀性越好在液冷和液热时,电池包内电芯间的温差越小,散热以及加热效率更高。为后续热管理设计可将流道的设计作为重点考察对象进行优化。     

纯电动车热管理系统构建研究

现在国内专业领域针对电动车热管理多集中在电池热管理方向,探讨电机、电池、空调系统整合的整车热管理参考文献不多;主要介绍了纯电动汽车电机、电控等散热需求零件的热管系统构建和电池温控系统发展技术综述与技术趋势。希望通过本文的介绍,对后续热管理系统的发展,推动相关热管理零部件产业化发展提供参考(如通断式电子水阀、流量比例调节的电子水阀、高功率水泵、新型材料的冷却管路等);同时也对控制策略、控制阀值、零部件作动方式进行较为详细的介绍,有一定的参考意义。     

考虑电池热管理的复合电源电动汽车功率分配控制策略

为提升高温环境下电源系统的综合效率,通过分析电动汽车热管理和能耗模型,提出一种考虑电池热管理的复合电源电动汽车功率分配控制策略,并在CATC、NEDC工况下分别与单一电源电动汽车和采用常规策略的复合电源电动汽车进行对比仿真。结果表明,相对于单一电源,采用复合电源方案的电动汽车电源系统能量回馈提升3.6%以上,综合能耗降低3.3%以上,电池最终温度下降3.51℃以上;相对于采用常规策略的复合电源电动汽车,考虑电池热管理的复合电源功率分配控制策略提升超级电容参与度,使复合电源系统能量回馈提升1.8%左右,综合能耗降低1.2%左右,电池最终温度降低1.25℃左右,从而验证了该策略的有效性。     

纯电动商用车电池热管理技术研究

能源危机和环境污染问题已成全球关注的焦点,新能源汽车顺势而为,纯电动汽车采用纯电驱动,更加节能、环保。随着纯电动汽车的发展,车辆的安全性、续航里程能力得到了关注,动力电池的性能很大程度上影响着整车性能,为了提升动力电池系统性能,避免热失控,研究高性能动力电池热管理系统至关重要。     

蜂巢式液冷电池模块传热特性的试验研究

为4 A·h的21700型锂离子电池研发了蜂巢式液冷电池模块,并通过搭建的试验平台测定其充/放电过程的传热特性。结果表明:在25℃环境温度下,0.5C恒流恒压充电和1C恒流放电过程中,电池模块的最大温差均被控制在2℃以内;40℃环境温度下,1C恒流放电过程中,当冷却液流量大于1 L/min时电池模块的最大温差能保持在所要求的5℃以内。说明蜂巢式液冷电池模块冷却性能优良,可为未来电池热管理方案的设计提供技术支撑。     

车载动力电池液体冷却非线性优化方法研究

电动汽车动力电池散热需求会受到外部环境温度、风速和负载电流变化等因素的影响,如果不及时散热,动力电池的温度会迅速攀升,进而影响电动汽车的驾驶性和安全性。基于此提出一种锂离子电池非线性冷却优化方法。首先,通过对锂离子电池生热、散热机理分析,建立考虑传热系数随冷却液流速变化的锂离子电池集中热模型,通过电池特性测试试验确定电池内阻和熵热系数等热物性参数,并与AMESim模型对比,验证模型的有效性。然后,基于电池冷却系统非线性和易受负载电流变化影响的特征,提出一种考虑电池冷却系统的稳态特性以及参考变量前馈功能和闭环反馈消除静态误差机制的非线性冷却优化方法,并对其稳定性和鲁棒性进行研究。仿真结果表明:在NEDC-HWFET-US06组合工况下,非线性冷却优化方法调节下的电池温度与目标温度的最大偏差较PID方法减小了0.8 K,并且冷却过程的能耗降低了6.3%,具有更好的调节效果。     

混合动力发动机与动力电池冷却余热双向循环预热

为了提高并联式混合动力汽车发动机和动力电池低温生存能力,探索发动机与电池冷却余热资源的利用新途径,提出了一种基于余热再利用的发动机和动力电池双向循环低温预热的新方法.建立发动机和动力电池余热数值模型,定量分析和研究余热系统的温升特点与温度分布状况,揭示了发动机与动力电池余热的传热规律,设计了基于相变材料的自动双向热控装...     

Thermal anaysis of an electric water pump for internal combustion engine vehicles

An electric water pump for engine cooling system has an advantage which particularly in the cold start, the use of the electric water pump saves fuel and leads to a corresponding reduction in emissions. However, the electric water pump for internal combustion engine generates much more heat loss than that for hybrid electric vehicle or electric vehicle since it is operated by electric power of high current and low voltage. In this study, the fluid flow and thermal characteristics of the canned type electric water pump with an inverter integrated has been investigated under the effects of heat generation. The analysis conditions such as outdoor air temperature of 125°C, water pump speed of 6000 rpm, coolant temperature of 106°C and coolant flow rate of 120 L/min were used as a standard condition. Therefore, the thermal performance of the canned type electric water pump’s motor and inverter was evaluated by comparison with that of mechanical seal type. In the motor, the temperature reduced by over 10°C, and in the inverter, the amount of temperature decrease equaled to the maximum temperature difference, about 18.7°C. Also, canned type electric water pumps of variable materials were compared for the evaluation of thermal transfer performance for variable thermal conductivity of a can. The motor and inverter were cooled lower to 42°C at motor and about 40°C at inverter for reasonable selection of can’s thermal conductivity.     

电动汽车电池组热管理系统的关键技术

电池组热管理系统的研究与开发对于电动汽车的安全可靠运行有着非常重要的意义。本文分析了温度对电池组性能和寿命的影响,概括了电池组热管理系统的功能,介绍了电池组热管理系统设计的一般流程,并对设计热管理系统提出了建议。文章重点分析了设计电池组热管理系统过程中的关键技术,包括电池最优工作温度范围的确定、电池生热机理研究、热物性参数的获取、电池组热场计算、传热介质的选择、散热结构的设计等。     

混合动力车型动力电池一种先进的热管理设计理念

随着国家排放节能减排要求愈发严格,汽车发展日趋电动化,越来越多的传统汽车厂家都选择在当前传统车平台上开发混合动力汽车作为纯电动汽车的过渡车型.混合动力汽车的电池为动力电池,由于电池容量小放电倍率高,如不进行主动冷却导致电池的温度急剧攀升.本文主要介绍一种比较先进的电池包双冷却液冷系统设计理念,通过对比当前市场常见风冷系...     

某车型发动机怠速降低对整车用电平衡的影响

阐述汽车整车电气系统电量平衡发电机、蓄电池和用电器三者之间的关系。列出整车电气系统负载情况,以某车型负载5为例,分析在模拟城市工况、60km/h匀速行驶工况和试验场综合路循环工况下,怠速降低前后整车用电设备试验数据,论证发动机怠速情况整车电平衡存在差异。     

基于相变与液冷耦合的电池热管理系统研究

电池组在高环境温度下以高倍率放电时,电池组温度过高、温差大,极易引发安全问题。笔者针对这一问题设计了一种新的耦合式电池热管理系统。以采用纯石蜡冷却模型作为初始模型,首先探讨不同膨胀石墨质量分数的复合相变材料对于电池组热性能的影响,得出:在30℃的环境温度下,电池组以4C倍率放电时,采用EG质量分数为12%的复合相变材料对电池组进行冷却最优。在最优复合相变材料的基础上引入液冷系统,构建克里格近似模型,采用NSGA-Ⅱ遗传算法对耦合系统寻优,得出的预测结果精度较高误差最大仅为0.21%。利用算法寻优得出的最优解与初始模型相比,电池组最高温度下降5.29℃降幅为11.46%,最大温差下降0.12℃降幅为54.09%。结果表明:相变材料与液体冷却耦合热管理系统对电池组控温效果显著。     

并联混合动力汽车扭矩管理的模糊控制与仿真

并联混合动力汽车中内燃机和电机之间存在动力的耦合和分离过程,能量管理策略比较复杂。为了进一步合理分配内燃机和电机的动力输出,增强其能量管理策略的鲁棒性,文中分析了电辅助控制策略的不足,提出了基于模糊逻辑控制的包含驾驶员扭矩识别和蓄电池功率平衡的并联混合动力汽车扭矩分配策略,并利用ADVI SOR2002的仿真环境,完成了该模糊逻辑扭矩控制模块的仿真。结果表明,模糊逻辑控制策略满足控制目标,对提高汽车的动力性和燃油经济性、改善排放、保证蓄电池的充放电功率平衡有明显的作用。     

Chevrolet Volt on-road test programs in Canada part 1: Effects of drive cycle,ambient temperature and accessory usage on energy consumption and all-electric range

Environment Canada (EC) and Natural Resources Canada (NRCan) separately tested two 2012 Chevrolet Volts between 2013 and 2014 in Ottawa, Ontario on public roads in the summer and winter months using realistic cabin-climate control settings. More than 1300 trips were conducted over nine routes: three city, one congested, two arterial, one highway and two expressway routes. EC tests recorded cabin conditioning, traction battery and 12 V accessory power, select vehicle component temperatures, regulated emission rates and exhaust flow, and DC charge energy. Both NRCan and EC tests measured cumulative electrically driven distance (all-electric range), select CANbus signals and AC grid supply charge energy. Results from these studies were analysed to evaluate the overall performance of the Chevrolet Volt on public roads in climates representative of most of Canada (-27 °C to 37 °C) using realistic accessory settings. At 25 °C the Chevrolet Volt’s on-road all-electric EPA-method adjusted range is generally less than the U.S. EPA sticker rating (57.9 km). Cabin conditioning energy was found to be directly related to the difference between ambient and cabin temperature, except at low temperatures (< 0 °C) when the 1.4 L engine activates to assist the thermal management system. On average, heating the cabin in the winter months consumed significantly more electric energy than cooling the cabin in the summer months. Summer city and highway driving resulted in the lowest energy consumption (Wh/km), while congested and expressway driving cycles resulted in the highest. In the winter months, many differences between the drive cycles were not discernible due to the high cabin conditioning energy consumptions.     

基于往复流风冷的动力锂电池热仿真正交分析

随着电动汽车销量的增加,动力电池的热安全问题日益受到关注,电池温度过高会影响电池的性能,严重时会导致热失控的发生。为研究锂电池的放电特性,探究不同因素对电池组往复流风冷散热的影响规律,基于外接UDF的Fluent仿真计算,利用正交试验,分析了入口风速、冷却空气温度、往复流周期三个参数对电池温度分布的影响规律。研究结果表明往复流周期对电池组温度分布均匀性的影响最大,入口风速对电池组最高温度影响最大,而冷却空气温度影响则相对较小。在此基础上,进一步获得了往复流散热性能的最优匹配参数。     

锂离子动力电池系统热失控扩展特性试验研究

锂离子动力电池系统热失控扩展是造成电动汽车火灾事故的主要原因之一,文章以由圆柱形锂离子电池构成的动力电池系统为试验对象,采用加热触发单个电芯热失控的方式,通过采集电芯和模组的电压、温度等特征参数,对电芯热失控及在模组和系统范围内热扩展特性进行分析与研究。试验结果表明,电芯热失控诱发热扩展过程较为短暂,约5 s引发第二节电芯热失控;热失控发生前,触发电芯的负极采样温度高于正极,且负极温变速率平稳;热失控发生后,受正极喷射火焰影响,与之直接串接模组存在更高风险,在热扩展中受影响最大。