新能源汽車動(dòng)力電池拆裝與檢測學(xué)習(xí)單元3-3 動(dòng)力電池的管理

動(dòng)力電池的管理學(xué)習(xí)單元3.3《新能源汽車動(dòng)力電池拆裝與檢測》

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理123456學(xué)習(xí)導(dǎo)航7情境導(dǎo)入學(xué)習(xí)小結(jié)實(shí)踐技能拓展閱讀理論知識(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)自主學(xué)習(xí)

小王買了一輛新的比亞迪E5電動(dòng)汽車，需要進(jìn)行電池?zé)峁芾砜刂破鬟M(jìn)行更換，你知道如何安全規(guī)范的進(jìn)行更換嗎？自主學(xué)習(xí)情境導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)理論知識(shí)拓展閱讀實(shí)踐技能學(xué)習(xí)小結(jié)

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理1．能通過查閱相關(guān)維修技術(shù)資料等方式獲取車輛信息。2．能根據(jù)充電要求制定正確的維修計(jì)劃。3．能按照正確操作規(guī)范進(jìn)行電池?zé)峁芾砜刂破鞯母鼡Q。4．能按照要求整理現(xiàn)場。自主學(xué)習(xí)情境導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)理論知識(shí)拓展閱讀實(shí)踐技能學(xué)習(xí)小結(jié)

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡3.3.3動(dòng)力電池的熱管理3.3.1動(dòng)力電池SOC估算自主學(xué)習(xí)情境導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)理論知識(shí)拓展閱讀實(shí)踐技能學(xué)習(xí)小結(jié)

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.1動(dòng)力電池SOC估算電池SOC（StateofCharge，SOC）又稱電池的荷電狀態(tài)，通常指電池當(dāng)前剩余電量與相同的放電條件下電池的額定容量的比值，因此電池SOC也稱電池的剩余電量，其定義式為式中，Qrated指電池可放出的電量大小，即電池的額定容量，Qremain指電池中剩余的電池余量，Qdischarg是指電池充滿后放出的電量。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.1動(dòng)力電池SOC估算電池SOC的估算是電池管理系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能，是目前電池管理系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。它不僅可以告知駕駛員剩余里程，也是其他決策的輸入變量，還是合理管理電池組的依據(jù)，因此對(duì)于電池SOC的估算，要采用合適的算法進(jìn)行準(zhǔn)確地估算。動(dòng)力電池是一種化學(xué)產(chǎn)品，工作時(shí)既會(huì)受到內(nèi)部工作環(huán)境的影響，又會(huì)外部使用環(huán)境的干擾，因此電池SOC的估算既要考慮內(nèi)部因素，又要考慮外部因素。目前常用的算法往往只考慮一個(gè)方面的因素，導(dǎo)致電池SOC估算的誤差較大，因而需要幾種算法結(jié)合使用，將內(nèi)外因素都考慮進(jìn)去，才能準(zhǔn)確地估算電池SOC。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.1動(dòng)力電池SOC估算1.安時(shí)積分法安時(shí)積分法是最基礎(chǔ)的電池SOC估算算法，其本質(zhì)是對(duì)充放電電流進(jìn)行時(shí)間的積分來估算充進(jìn)或放出的電量，忽略了電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)。安時(shí)積分法估算電池SOC的公式如式

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.1動(dòng)力電池SOC估算2.電動(dòng)勢法電動(dòng)勢法認(rèn)為電池電動(dòng)勢Uoc與SOC之間存在一個(gè)穩(wěn)定的關(guān)系，通過測得電池電動(dòng)勢來確定電池SOC。圖所示的擬合曲線是標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下磷酸鐵鋰電池的SOCUoc關(guān)系，通過測量磷酸鐵鋰電池的電動(dòng)勢，即可確定電池SOC。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.1動(dòng)力電池SOC估算3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是一種通過模擬人腦和神經(jīng)元來處理非線性系統(tǒng)的方法，該算法具有很強(qiáng)的泛化能力，很適合模擬磷酸鐵鋰的非線性特性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法估算電池SOC時(shí)，需要將電池端電壓和工作電流作為系統(tǒng)的輸入，把SOC的估算值作為系統(tǒng)的輸出，但是需要需要一個(gè)反饋量作為輸入量。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.1動(dòng)力電池SOC估算4卡爾曼濾波算法卡爾曼濾波算法是一種對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)做最優(yōu)估計(jì)的算法。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要建立狀態(tài)方程描述動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，觀測方程描述狀態(tài)信息，然后根據(jù)前一時(shí)刻的估算值與當(dāng)前時(shí)刻的觀測值對(duì)需要求取的狀態(tài)變量進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，消除系統(tǒng)隨機(jī)存在的偏差與干擾，達(dá)到最優(yōu)估算的目的?？柭鼮V波器的關(guān)系式如下所示

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.1動(dòng)力電池SOC估算通過以上分析，卡爾曼濾波算法最適合電池SOC的估算，但其只針對(duì)線性系統(tǒng)，因此決定采用卡爾曼濾波的衍生算法——擴(kuò)展卡爾曼濾波算法（ExtendedKalmanFilter，EKF），并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，即采用改進(jìn)的擴(kuò)展濾波算法進(jìn)行電池SOC的估算。改進(jìn)的擴(kuò)展卡爾曼濾波算法融合了安時(shí)積分法、電動(dòng)勢法和擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，以安時(shí)積分法修正環(huán)境溫度、充放電倍率以及電池老化等因素給SOC估算帶來的誤差，并以修正安時(shí)積分法為基礎(chǔ)建立SOC的狀態(tài)方程，以電動(dòng)勢法提供SOC的初值，以擴(kuò)展卡爾曼濾波算法為主進(jìn)行遞推計(jì)算來消除累積誤差。采用該算法估算SOC之前，必須要以合適的電池模型為基礎(chǔ)，并要辨識(shí)出模型參數(shù)，以反映電池工作時(shí)內(nèi)部狀態(tài)變化。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡1.電池組的連接方式及可靠性分析目前電動(dòng)汽車供電方案中，還未實(shí)現(xiàn)使用單個(gè)或兩個(gè)較大容量電池為電動(dòng)汽車提供電能。常用的供電方案是用多個(gè)電池組并聯(lián)或串聯(lián)的方式。通過電池的串并聯(lián)能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車提供所需的電壓及電流大小，并且還可以提高電池組的容量。因此在設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車電池組時(shí)需考慮其對(duì)電動(dòng)汽車供電電壓和電池組的容量這兩個(gè)因素，當(dāng)然對(duì)于電動(dòng)汽車所需電池額定容量的要求還需要綜合考慮車輛大小等各方面因素。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡目前常見的電動(dòng)汽車電池串并聯(lián)組合主要有四種，分別為全部并聯(lián)、全部串聯(lián)、先串后并以及先并后串

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理2.電池組的不一致性采用多個(gè)電池組成的電池組，因?yàn)槊繅K單體電池都具有不一致性，即使采用的電池性能很好，隨著電池?cái)?shù)量的增加，也可能會(huì)使電池的故障率增加，進(jìn)而降低電池組的可靠性，如果沒有合理的方式去解決這一問題，這種不一致性將會(huì)在電池組中被放大，繼而影響整個(gè)電池組的可靠性及壽命。單體電池的內(nèi)阻、老化速度、充放電速度以及容量的差異是造成電池組不一致性的主要原因。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡3.3.2動(dòng)力電池的均衡產(chǎn)生這些差異的原因如下：（1）生產(chǎn)工藝電池是通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，其本質(zhì)是一種化學(xué)產(chǎn)品，由于在電池生產(chǎn)過程中使用的原料批次不同，即便使用同一批次原料，車間濕度溫度等因素也會(huì)導(dǎo)致電池電極材料顆粒大小及電導(dǎo)率有所差別。此外，SEI膜是于電池充放電過程中極化反應(yīng)隨機(jī)產(chǎn)生的，也會(huì)引起電池性能的差異。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡（2）工作環(huán)境溫度、濕度及通風(fēng)條件等其他環(huán)境因素對(duì)電池工作性能具有較大影響。電池充放電過程電池溫度會(huì)升高，需要良好的通風(fēng)散熱條件。在電動(dòng)汽車中由于位置的不同肯定會(huì)造成電池通風(fēng)散熱條件的差異，影響電池工作的性能。況且散熱條件較差會(huì)導(dǎo)致電池電解質(zhì)的蒸發(fā)，造成電池容量低于額定容量。（3）使用方法不合理的使用方法會(huì)造成電池性能下降。在電池組工作過程中由于電池性能差異，容量及當(dāng)前電量不盡相同，若電池管理系統(tǒng)不合理，會(huì)導(dǎo)致某些電池的過充過放電現(xiàn)象。過充過放電會(huì)加速電池老化，降低電池的容量，并且這些造成的損害是不可逆轉(zhuǎn)的。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡若不加以合理控制電池間即便是微小的差異，也會(huì)影響整個(gè)電池組的性能，造成的危害主要有以下方面。1）電池可用容量降低，使用壽命縮短，電動(dòng)汽車的行駛里程減少。2）電池之間的差異越來越大，一部分電池長期處于滿負(fù)荷的工作狀態(tài)，會(huì)使其健康狀況越來越差，工作性能也會(huì)大大降低。3）影響輸出功率，當(dāng)輸出功率較高時(shí)，需要較大的放電電流，而電池剩余電量較少的、內(nèi)阻較大的單體電池就會(huì)提前終止放電，從而影響電池組的功率輸出。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡3.電池組充電均衡的意義單體電池之間的不一致性給電池組的應(yīng)用帶來巨大的麻煩，也給電動(dòng)汽車的發(fā)展帶來一定程度的限制。因此，電池管理系統(tǒng)要具有均衡管理功能，即使單體電池之間存在差異，也要將電池之間的不一致性降到最低。如果沒有充電均衡管理，電池組的充電就像木桶效應(yīng)一樣，要么一個(gè)充滿就要停止充電，要么就要過充電，都是電池組應(yīng)用的巨大障礙，而充電均衡管理就是要解決這些障礙的。以下面的例子來說明充電均衡的重要意義。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡假設(shè)由4個(gè)單體電池（E1、E2、E3、E4）組成電池組，其額定容量A1=A2=A3=A4，由于電池的自放電系數(shù)等因素的不一致導(dǎo)致其初始容量之間存在差異，E2的初始容量最多，其次分別是E3、E1、E4。在此初始容量的基礎(chǔ)上，對(duì)電池進(jìn)行充電。由于電池組采用的是串聯(lián)連接方式，對(duì)4個(gè)單體而言，其充電電流大小是一致的。經(jīng)過一段時(shí)間的充電之后，E2先充滿。如果沒有均衡管理，安全管理機(jī)制會(huì)在E2充滿時(shí)停止充電，以防電池發(fā)生過充電而引發(fā)安全事故

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡充電示意圖如圖

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡加入均衡充電管理后，電量充滿的電池可以將能量轉(zhuǎn)移給其他電池，也可以將多余的電量通過電阻等元件消耗掉，使得所有的電池都能充滿電量，均衡充電示意圖如圖

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡4.常用充電均衡策略電池組均衡充電管理通過消除每塊電池之間的不一致性。進(jìn)而削弱其對(duì)充電的影響，令每塊電池都可以達(dá)到滿狀態(tài)，并且不會(huì)出現(xiàn)過充而損害電池壽命。一般的充電均衡方法可以劃分成兩種，一種是能耗型，能耗型是利用電阻或負(fù)載等元件消耗多出的能量。另一種是能量轉(zhuǎn)移型，能量轉(zhuǎn)移型是利用過渡環(huán)節(jié)把能量多的電池能量轉(zhuǎn)移到能量少的電池或電池組，其過渡環(huán)節(jié)采用的原件有電感、電容和變壓器線圈等。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡（2）開關(guān)電容充電均衡基于開關(guān)電容的轉(zhuǎn)移型充電均衡方法，如圖

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡串聯(lián)的電池組每塊電池各連接上一單刀雙擲開關(guān)，并且每個(gè)開關(guān)之間再外接一電容做為中間存儲(chǔ)能量的元件。工作原理同樣是先對(duì)每塊電池的電壓進(jìn)行采集和對(duì)比，也是有電壓上限閾值的，當(dāng)超過這個(gè)上限電壓時(shí)，便開始進(jìn)行充電均衡，通過儲(chǔ)能元件把多出的電量轉(zhuǎn)移到電容上，然后再通過電容給相鄰的電池充電，如果相鄰的電池電壓也達(dá)到上限，則繼續(xù)向下一個(gè)電池充電，直到所有電池達(dá)到滿狀態(tài)停置充電，這種均衡方法只能再相鄰的電池之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移，因此，如果給不相鄰的進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移則需要經(jīng)過多次的轉(zhuǎn)移，這樣大大增加了能量損耗，同時(shí)也使充電的速度變慢。總的來說，這種均衡方法更適合單體電池更少的電池組。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡為了彌補(bǔ)上面這種均衡方法的不足，改良了開關(guān)電容的均衡方式，即飛渡電容均衡方式，如圖

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡（3）變壓器充電均衡變壓器充電均衡同樣屬于能量轉(zhuǎn)移型均衡策略。如圖所示，原理圖與改進(jìn)的飛度電容法相似，把存儲(chǔ)能量的電容換成了變壓器線圈，也是通過采集每塊電池兩端電壓，并判斷電壓值是否高于電壓上限，若高于電壓上限則閉合變壓器一次側(cè)兩端開關(guān)S，并通過控制開關(guān)管K把多處的能量轉(zhuǎn)移變壓器電感線圈上，最后再轉(zhuǎn)移到能量最低的電池上。相互對(duì)比了一下，變壓器充電均衡法比以上的均衡方法，傳遞能量的時(shí)間大大減小，不足之處就是變壓器上面的線圈可能會(huì)產(chǎn)生漏感的現(xiàn)象，這種情況下如果利用在電動(dòng)汽車很可能會(huì)影響其他控制設(shè)備，很容易發(fā)生事故，并且這種均衡方法同樣用到復(fù)雜開關(guān)陣列，增加了電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡基于以上這些情況，現(xiàn)在想將均衡電路加以改進(jìn)，以達(dá)到簡化電路結(jié)構(gòu)的目的，這里就展示了經(jīng)過改良之后變壓器均衡方法，即共享變壓器法。如圖12所示。這里把每塊電池都并聯(lián)上變壓器的次級(jí)電感線圈，而且為便于控制再線圈旁邊串聯(lián)了一個(gè)整流二極管，其中每個(gè)次級(jí)電感線圈都共享同一個(gè)變壓器磁芯，并且也共享同一個(gè)一次側(cè)電感線圈，而一次側(cè)電感線圈和整個(gè)電池組構(gòu)成一個(gè)回路。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡電池充電均衡時(shí)，在一次側(cè)線圈發(fā)生電磁感應(yīng)時(shí)，每個(gè)次級(jí)線圈皆會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，在電池電量很少的情況下，其內(nèi)阻隨之變得很小，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生更大的感應(yīng)電流，然后電壓增加到額定值的時(shí)間就越少；在電池電量很多的情況下恰恰與之相反，產(chǎn)生的感應(yīng)電流很小，電壓增加到額定值的時(shí)間越長，如此一來就可以實(shí)現(xiàn)同步均衡充電，也達(dá)到了改進(jìn)的目的。這種方法解決了開關(guān)陣列過于復(fù)雜的問題，但也增加了均衡電路的體積，用在電動(dòng)汽車BMS上還是不太方便，還有就是仍存在漏感的現(xiàn)象。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡（4）開關(guān)電源充電均衡開關(guān)電源充電均衡方法是基于電力電子基本電路拓?fù)渌O(shè)計(jì)的，電源可以通過buck-boost電路對(duì)電池電壓進(jìn)行DC-DC變換。本章研究的是充電均衡策略，所以為了設(shè)計(jì)出適合充電均衡的電路，還應(yīng)在buck-boost電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡這個(gè)均衡電路是把相鄰的兩塊電池組成一個(gè)整體的電路模塊，對(duì)于這些模塊都需配置單元的均衡模塊，每個(gè)均衡模塊都由一些元器件構(gòu)成，主要有電感元件和開關(guān)管元件，其中開關(guān)管分為兩種，一種是N-MOSFET開關(guān)，一種是續(xù)流二極管。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡除了上面這種方法，還有與其相似的另一種充電均衡方法，即Cuk型充電均衡。如圖所示。此電路有2個(gè)功率MOSFET開關(guān)管、2個(gè)不耦合的電感、以及電容構(gòu)成。其基本原理同樣是利用電壓值的大小來判定相鄰電池的能量轉(zhuǎn)移方向，其中功率開關(guān)管的作用是控制能量轉(zhuǎn)移方向，假設(shè)電壓值較大的電池為B1,則B1側(cè)的功率開關(guān)管Q1會(huì)先導(dǎo)通，然后轉(zhuǎn)移能量到儲(chǔ)能電感L1上，能量轉(zhuǎn)移過后關(guān)斷開關(guān)管Q1，電感L1上的能量開始向儲(chǔ)能電容C1上，這時(shí)功率開關(guān)管Q2導(dǎo)通，電容C1上的能量向儲(chǔ)能電感L2轉(zhuǎn)移，能量轉(zhuǎn)移結(jié)束后，關(guān)斷開關(guān)管Q2,最后電感L2上儲(chǔ)存的能量向電池B2轉(zhuǎn)移，即完成一次均衡。這種方法相比前一種方法大大提高了電池均衡效率。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.2動(dòng)力電池的均衡（5）DC-DC電源充電均衡

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.3動(dòng)力電池的熱管理1.動(dòng)力電池?zé)峁芾淼谋匾詣?dòng)力電池的性能對(duì)溫度變化較敏感，特別是車輛上運(yùn)用的大容量、高功率鋰離子電池。車輛上的裝載空間有限，車輛所需電池?cái)?shù)目較大，電池均為緊密排列連接。當(dāng)車輛在高速、低速、加速、減速等交替變換的不同行駛狀況下運(yùn)行時(shí)，電池會(huì)以不同倍率放電，以不同生熱速率產(chǎn)生大量熱量，加上時(shí)間累積以及空間影響會(huì)產(chǎn)生不均勻熱量聚集，從而導(dǎo)致電池組運(yùn)行環(huán)境溫度復(fù)雜多變。由于發(fā)熱電池體的密集擺放，中間區(qū)域必然熱量聚集較多，邊緣區(qū)域較少，增加了電池包中各單位之間的溫度不均衡，加劇各電池模塊、單體內(nèi)阻和容量不一致性。如果長時(shí)間積累，會(huì)造成部分電池過充電和過放電，進(jìn)而影響電池的壽命與性能，并造成安全隱患。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.3動(dòng)力電池的熱管理1.動(dòng)力電池?zé)峁芾淼谋匾匀绻妱?dòng)汽車電池組在高溫下得不到及時(shí)通風(fēng)散熱，將會(huì)導(dǎo)致電池組系統(tǒng)溫度過高或溫度分布不均勻，最終將降低電池充放電循環(huán)效率，影響電池的功率和能量發(fā)揮，嚴(yán)重時(shí)還將導(dǎo)致熱失控，影響電池的安全性與可靠性。因此為了使電池包發(fā)揮最佳性能和壽命，需要優(yōu)化電池包的結(jié)構(gòu)，對(duì)它進(jìn)行熱管理，增加散熱設(shè)施，控制電池運(yùn)行的溫度環(huán)境。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理2.散熱方式動(dòng)力電池的散熱方式分為被動(dòng)方式和主動(dòng)方式兩種。被動(dòng)系統(tǒng)所要求的成本比較低，采取的措施也較簡單。主動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜一些，且需要更大的附加功率，但它的熱管理更加有效。

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.3動(dòng)力電池的熱管理3.被動(dòng)散熱考慮成本、質(zhì)量、空間的布置，早期在溫和氣候條件下使用的車輛都是沒有使用冷卻單元，并且只依靠空氣來散熱

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.3動(dòng)力電池的熱管理目前生產(chǎn)的一些混合電動(dòng)汽車也是使用環(huán)境空氣來被動(dòng)冷卻電池包。盡管空氣是經(jīng)過汽車空調(diào)冷卻的，但它仍然被認(rèn)為是一種被動(dòng)系統(tǒng)

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.3動(dòng)力電池的熱管理4.主動(dòng)冷卻主動(dòng)冷卻指有專用設(shè)備通過氣體或者液體進(jìn)行強(qiáng)制流動(dòng)來對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行冷卻。目前最有效最常用的還是采用空氣作為散熱介質(zhì)。目前多采用的空冷主要有并行和串行兩種通風(fēng)方式，如圖所示。這就要求在電池包結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)相應(yīng)導(dǎo)風(fēng)口，盡量減小空氣流動(dòng)阻力，保證氣流的均勻性

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.3動(dòng)力電池的熱管理串行情況下一般是使空氣從電池包一側(cè)流往另外一側(cè)，從而達(dá)到帶走熱量的效果，如圖2-2-22（a）所示，因此氣流會(huì)將先流過的地方的熱量帶到后流過的地方，從而導(dǎo)致兩處溫度不一致且溫差較大。而并行情況下模塊間空氣都是直立上升氣流

學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.3動(dòng)力電池的熱管理3.3.4客車動(dòng)力電池冷卻技術(shù)自主學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)理論知識(shí)拓展閱讀實(shí)踐技能學(xué)習(xí)小結(jié)

情境導(dǎo)入學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.4客車動(dòng)力電池冷卻技術(shù)

1.電池?zé)峁芾淼念愋碗姵責(zé)峁茉O(shè)備的選型需要結(jié)合車輛使用場景及電池布置位置進(jìn)行，以滿足車輛對(duì)電池?zé)峁芾淼囊?，確保電池處于“舒適”的工作環(huán)境中，從而提高電池使用壽命。下面介紹幾種客車常見的電池?zé)峁芾碓O(shè)備的選型。學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.4客車動(dòng)力電池冷卻技術(shù)

（1）簡易機(jī)組制冷時(shí)將空調(diào)冷氣引入機(jī)組內(nèi)與循環(huán)防凍液進(jìn)行熱交換;制熱時(shí)是電液體式加熱器加熱循環(huán)防凍液。防凍液冷卻或加熱后進(jìn)入電池箱，對(duì)電池進(jìn)行熱管理，確保電池在控制的溫度范圍內(nèi)。與獨(dú)立機(jī)組和非獨(dú)立機(jī)組相比，簡易機(jī)組成本最低、系統(tǒng)最簡單，同時(shí)因簡易機(jī)組無蒸汽壓縮式制冷循環(huán)，相對(duì)來說也最安全。但其冷氣來自車輛制冷設(shè)備，因此必須安裝制冷設(shè)備，同時(shí)制冷設(shè)備剛開始工作時(shí)，冷氣溫度較高，簡易機(jī)組的制冷能力較差，制冷功率較小，一般小于2kW。適合安裝于充放電倍率較低的慢充型電池的混合動(dòng)力客車。學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.4客車動(dòng)力電池冷卻技術(shù)

（2）獨(dú)立機(jī)組獨(dú)立機(jī)組自帶的壓縮機(jī)、冷凝器和板式換熱器組成制冷循環(huán)，其產(chǎn)生的低溫低壓冷媒在板式換熱器內(nèi)與進(jìn)入機(jī)組內(nèi)的循環(huán)防凍液進(jìn)行熱交換;制熱時(shí)通過電液體式加熱器加熱循環(huán)防凍液。防凍液冷卻或加熱后進(jìn)入電池箱，對(duì)電池進(jìn)行熱管理。與非獨(dú)立機(jī)組相比，多了一套單獨(dú)制冷用的壓縮機(jī)和冷凝器，成本較高。但由于其系統(tǒng)為一個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)，控制邏輯相對(duì)于非獨(dú)立機(jī)組較簡單，同時(shí)冷媒接頭數(shù)量少，相對(duì)也較為安全。獨(dú)立機(jī)組制冷能力可根據(jù)需要選擇，一般在2kW以上。適合安裝于充放電倍率較高的快充型電池的混合動(dòng)力和純電動(dòng)客車上。學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.4客車動(dòng)力電池冷卻技術(shù)

（3）非獨(dú)立機(jī)組。通過將另外的制冷設(shè)備產(chǎn)生的低溫低壓的冷媒在板式換熱器內(nèi)與進(jìn)入機(jī)組內(nèi)的循環(huán)防凍液進(jìn)行熱交換;制熱時(shí)通過電液體式加熱器加熱循環(huán)防凍液，防凍液冷卻或加熱后進(jìn)入電池，對(duì)電池進(jìn)行熱管理。因此，必須安裝制冷設(shè)備，且由于變頻壓縮機(jī)的頻率有最低值，造成非獨(dú)立機(jī)組產(chǎn)生的功率大，一般在6kW以上。與獨(dú)立機(jī)組相比，存在電池?zé)峁芾砗驼囍评涞男枨笙鄾_突，因此，其控制邏輯最為復(fù)雜。適合安裝于充放電倍率較高的快充型電池的純電動(dòng)客車。學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.4客車動(dòng)力電池冷卻技術(shù)

2.電池?zé)峁芾碓O(shè)備的布置電池?zé)峁芾碓O(shè)備的布置與電池布置密切相關(guān)，在實(shí)際布置時(shí)要遵循如下原則:1）根據(jù)電池頂置、底置和后置狀態(tài)就近布置電池?zé)峁芾碓O(shè)備，并盡量避免在所布置狀態(tài)下存在的缺點(diǎn)。2）對(duì)于獨(dú)立式電池?zé)峁芾碓O(shè)備，安裝時(shí)要增加減振膠墊，并且要確保冷凝器的進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)要通暢，不允許回流現(xiàn)象發(fā)生;對(duì)于簡易熱管理設(shè)備，冷空氣要從整車制冷設(shè)備的風(fēng)道引取，從冷風(fēng)道引風(fēng)的位置應(yīng)盡可能靠近整車制冷設(shè)備的蒸發(fā)器出口處。學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.4客車動(dòng)力電池冷卻技術(shù)

3）加快電池箱水冷板內(nèi)部防凍液循環(huán)的水泵進(jìn)水口要盡可能靠近定壓和為水冷卻循環(huán)系統(tǒng)加防凍液的膨脹水箱，膨脹水箱要位于電池冷卻系統(tǒng)的最高位置，且需要增加排氣管裝置，用于排除防凍液在加熱或者降溫過程中釋放出來的空氣，避免加防凍液困難。4）對(duì)于多組電池冷卻，為了減小不同電池內(nèi)部分溫差，流經(jīng)電池箱的水路要盡量采用并聯(lián)方式，且單一支路最大不能超過3塊電池箱。學(xué)習(xí)單元3.3動(dòng)力電池的管理3.3.4客車動(dòng)力電池冷卻技術(shù)

5）如選裝PTC電液體加熱器，需要將其布置在水泵之后水路循環(huán)較低位置，禁止置于水路循環(huán)的最高點(diǎn)。6）水管路要盡可能短，且盡量大的轉(zhuǎn)彎半徑;管路增加保溫措施，減少防凍液在管路運(yùn)輸中的熱損失;管路接頭應(yīng)采用不銹鋼或尼龍材料，不使用銅材，避免銅銹腐蝕電池箱內(nèi)的冷卻板，確保電池不發(fā)生泄漏。學(xué)習(xí)單元3.