关于纯电动客车电池热管理的探析

叶紫元

摘要：锂离子电池在充电和放电时，需要充分考虑温度特性，为了更好的实际应用设计出了智能调温功能管理系统，这种动力电池热管理系统，可以有效地解决电池降温和加热问题。

关键词：纯电动客车；电池热管理；分析

锂离子电池具有高的工作电压平台和高能量密度，以及循环寿命长和自放电率较低的优势，可以被广泛地应用到纯电动客车中。但是锂离子电池在高温和低温情况下，充电和放电性会受到一定制约。在这样的情况下如果强制放电和充电，会降低电池的使用寿命，严重的还会引发安全问题。所以无论是在南方还是北方地区，使用纯电动客车都要考虑动力电池热问题，合理的设计管理系统，能够有效地解决电池散热和加热问题，使电池温度处于最佳状况，进而全面地提升了整车性能。动力电池热管理系统，主要包括了冷却系统、加热系统、其外部电路、控制系统这几个方面。

1动力电池的冷却与加热系统设计

1.1冷却方式分析

动力电池的散热系统，主要有风冷和液冷这两种方式。其中风冷电池箱是通过抽取空气和电池热对流方式进行防护。当车辆涉水和淋雨时，电池箱就会进水从而引发电池短路。因此风冷散热方式的可靠性较低，目前正在逐渐地被淘汰。而液冷电池箱使用的是冷却液作为导热介质，通过热扩散方式对进行热量传输，这种防护方式具有很好的实际效果，目前已经成为纯电动客车的首选。

1.2常规冷系统分析

锂离子电池工作温度最佳范围是20℃-40℃之间，一旦超出了这个温度范围内，电池性能就会地下降，严重的会引发安全事故。常规的液冷散热系统使用的散热器是搭载风扇方式，就是通过风扇来抽取自然风，以这样的方式进行散热，从而达到降温目的。使用这种方式散热的效果比较有限，而且还会受到环境和温度的影响，为了能够满足实际散热需求，应当设计一种不会受到环境和温度影响的系统。

1.3动力电池和冷却系统分析

根据空调制冷原理，将空调制冷回路当中的蒸发器替换为热交换器，之后在其中搭载循环水泵，就可以将空调制冷转换为冷却液制冷，进而实现强制制冷效果。该系统在具体应用过程中，可以根据冷却液输入温度和输出温度，智能地控制压缩机、风扇、水泵功率，同时还可以调节制冷量，进而有效地控制输出水温。

1.4动力电池板加热系统分析

根据导热方式，可以通过加热冷却液对电池加热，运用这样的方式提升电池温度。由于电池加热系统使用的是串联加热方案，当PTC处于工作状态时，冷却液会流经PTC进行加热，之后再进入到电池箱水冷板，然后将热量传递到电池，进而实现电池加热。

2外部电路和控制模式的设计分析

当完成了热管理系统、冷却系统、加热系统设计以后，还需要对外部高压和低压电路进行设计，并根据车辆使用情况制定控制模式，从而实现智能控制目标。

2.1外部的电路设计情况分析
动力电池的热管理系统在实际工作时，需要给直流高压和直流低压进行供电，而且通过建立通讯连接来控制热管理系统。因此，动力电池的热管理系统，需要设计电源接口还有通讯接口，然后通过线束分别地与电池和控制系统进行连接，运用这样的方式来控制系统运行。电池热管理系统当中的高压电，主要是给电动压缩机还有PTC加热器进行供电，而低压电则是给风扇、水泵、控制器进行供电。

2.2控制模式分析

通过相关设计可以知道电池热管理系统，具有以下几个方面功能。第一，充电加热和制冷功能。当车辆处于充电状态时，如果检测到电池温度处于5℃-30℃范围内，电池就会进入到充电模式，同时关闭热管理系统。如果检测电池温度低于5℃时，需要开启加热系统进入到加热模式，当加热到5℃时就会进入到充电模式。当加热到10℃时，则会关闭加热系统并在保持充电模式下。如果检测电池温度高于30℃时，电池就会进入到充电模式，同时会开启冷却系统降温，当低于26℃时就会关闭冷却系统。第二，行车加热和制冷功能。车辆运行过程中，如果检测到电池温度低于5℃时，会开启加热系统升温，当加热到10℃时就会关闭加热系统。检测温度高于30℃时会开启冷却系统降温，当电池低于26℃时，冷却系统就会自动关闭。第三，是驻车加热和制冷系统。车辆启动之前检测到电池低于5℃，这时就会开启加热系统给升温，当电池加热到10℃，就会自动关闭加热系统，这时车辆就可进入到启动状态。当电池温度高于30℃时车辆就会进入到启动状态，这时冷却系统就会给电池降温，当温度低于26℃时冷却系统就会自动关闭。第四，是故障诊断和保护功能。动力电池的冷却系统控制器能够实时地监控系统状态，当系统出现故障时可以及时地关闭热管理系统并发出警报，这时就会断开热管理系统法高压电。当充电输入的电压高于或者是低于设定值时，系统就会发送过压或者是欠压报警。当制冷剂回路的压力高于或者是低于设定值时，系统就会自动关闭冷却系统，并发送高压力或者是低压力故障报警，当收到故障信息的5s以后，就会断开液冷继电器，然后管理系统高压电。当压缩机出现了空载、过载、温度过高、通讯故障情况时，系统会关闭冷却系统，并发送压缩机故障情况，当系统收到故障信息以后，就会断开液冷继电器，从而将系统高压电断开。第五，是电池系统的热失控保护功能。当电池系统出现了故障和温度急剧上升时，系统就会向整车发送故障报警，同时将液冷继电器闭合，并发送全功率制冷指令，这时冷却系统就开启全负荷工作模式，使压缩机、水泵、风扇都处于最大功率运转状态。如果电池温度持续上升到达设定值时，系统就会发生水泵开启指令，这时热管理系统就会关闭高压电回路，并控制水泵处于最大功率运转状态，从而有效地确保冷却液以最大流速循环和流转。当压缩机处于不工作的状态下，可以最大限度为电池降温，还可以减缓电池温升速度，延迟热失控和起火时间，这样就会增加乘客逃生时间，有效地保护了乘客安全。

结束语：

纯电动客车的动力电池，应当充分考虑温度适应性问题，通过分析动力电池特性和空调原理，可以对其进行强制制冷和加热。该系统的出现有效地解决了动力电池降温和加热问题，而且具有可靠性高、实用性强的特点，应当在纯电动客车中推广应用。

参考文献：

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