电动汽车热管理

1、以特斯拉V3超充桩为例，浅析基于加热的快充电池热管理

作者简介：朱玉龙，资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师，目前从事新能源汽车电子化工作，10年以上的新能源汽车专业从业经验，在电池系统、充电系统和电子电气架构方面有较深的认识和实践，著有《汽车电子硬件设计》，开设《汽车电子设计》公众号。

车企在做不同的充电策略的时候，限制因素主要有电池在不同温度和不同SOC下的允许功率，因此在特斯拉Super Charging V3出来以后，以及“On-Route Battery Warmup（在途电池预热）”功能的推出，与我们传统基于电池寿命+电池安全的热管理策略有一些不同，这个应用的范围和软包&方壳电芯的差异，需要我们仔细比对。

1） Super Charging的充电情况

在AVL的Benchmark报告里面，有以下的这组数据：Model 3的充电功率提升是在电芯温度达到26度以后，然后电池的温度持续上升，达到49度，在前后这段时间电池冷却系统开始启动。从下面这张图中，我们可以看到Model 3对于快充的功率是建立在较高的温度提升上面的。

在Bj?rn Nyland做的一些实验中，我发现了一个更奇怪的事情：在持续的直流充电过程中，电芯在快充产热，在一定的温度范围内之内，前后两个电机的温度不断提升，不断产生热量加热电池。

如下图所示，这个实验是在Ionity的350kW的快充桩上做的，所以最高的Model 3的功率可以达到近200kW，电芯的温度一直在提升，到峰值的54度。

在这个过程中，前后电机的转子温度、电池冷却液的输入温度和电芯温度一览无余，大家看看这个策略。

而在监控中，最高温度达到了54.5度。需要强调的是，特斯拉的温度传感器的布置和我们预想的不太一样，所以如此小的温度差异是布置的均一性造成的，而不是实际的温度差异——在长模组里面，真实的温度差异不会只有1度。所以某种意义上，在这个直流快充的逻辑设计里面，是容忍电芯达到相当高的温度，然后在充电后期使用冷却系统再把电池的温度降下来。

2） 50kW下的电池温度管理

个人觉得最最不可思议的事情，是Bj?rn Nyland在50kW做的实验也呈现了一个惊人的相似：在50kW的直流快充桩上的功率、SOC和温度曲线，描绘出来以后如下图所示，把电池的温度管理和我们常规的管理策略对比来看有非常大的差异，电池的温度一直被加热到40°左右的时候才停止，虽然这个更低的许用功率已经能够满足50kW的需求。

前后电机的温度如下图所示，分别在90度和70度左右，这是可以看到控制策略里面有意采取了加温的措施，所以在SOC达到65%左右之前，电池的冷却液（这时候该叫加热液）的温度比电芯的平均温度来得高。

所以能够确认，特斯拉把整体快充的温度设置在了26度以上才开始加功率，在较低功率下也使用较高的温度策略来充电，这个设计其实和我们之前在30-35度开始进行冷却的想法是完全不一样的。温度这个参量，在这里面有了更多的意义，只能从电芯的微观层面去解释了。

这时又要回到电芯层面了——在较高温度下的快充，如何保证温升在一定范围内，同时要保障安全性。

小结：

通过Scan My Tesla这个软件可以获得不少的信息，真是能从里面的软件参数反推出一些细思极恐的策略。

文｜朱玉龙

图｜朱玉龙 网络及相关截图

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

2、汽车电子控制和新能源汽车热管理哪个方

随着现代道路交通系统和现代汽车技术的发展，人们对汽车的转向操纵性能和行驶稳定性的要求日益提高。作为改善汽车操纵性能最有效的一种主动底盘控制技术--四轮转向技术。于二十世纪80年代中期开始在汽车上得到应用，并伴随着现代汽车工业的发展而不断发展。汽车的四轮转向(Four-wheel steering-4WS)是指汽车在转向时。后轮可相对于车身主动转向，使汽车的四个车轮都能起转向作用。以改善汽车的转向机动性、操纵稳定性和行驶安全性。

随着对4WS这一领域研究的不断进展，出现了多种不同结构形式、不同控制方案的实用4WS系统。按照控制和驱动后轮转向机构的方式不同，4WS系统可分为机械式、液压式、电控机械式、电控液压式和电控电动式等几种类型。本文介绍的是电控电动式4WS系统。

2.电控电动式4WS系统的发展概况

从20世纪初，日本政府颁发第1个关于四轮转向的专利证书开始，对于汽车四轮转向技术的研究一直伴随着汽车工业的发展而进行着。1985年，日本的NISSAN在客车上应用了世界上第1例实用的4WS系统，开始了现代4WS系统的研究与开发。在技术相对成熟的4WS汽车中，大多数采用电控液压式4WS系统，主要用于前轮采用液压动力转向的4WS汽车中，这种4WS系统具有工作压力大、工作平稳可靠等优点。但由于液压动力系统在结构、系统布置、密封性、能耗、效率等方面的不足，尤其是在转向过程中存在着响应滞后的固有缺陷，使得电控液压式4WS系统在适应现代4WS汽车的转向灵敏性、准确性方面受到了束缚，不能满足汽车高速行驶稳定性的要求。1988年3月，日本铃木公司开发出电控电动式助力转向系统(EPS)，首次装备在CERVO车上，有效地克服了液压动力转向系统的缺点。在EPS技术的基础上，电控电动式4WS系统应运而生。1992年，在日本本田序曲的汽车上采用了电控电动式4WS系统。1993年，在日产全新的LAUREL车系上也开始采用电控电动式的4WS系统。电控电动式4WS系统结构简单、布置容易、控制效果好。

随着电子技术的飞速发展，计算机技术在汽车中的广泛应用，电控电动式4WS将是4WS汽车的发展趋势。

3.电控四轮转向系统的基本组成和工作原理网页链接

3、什么是新能源汽车的能量管理系统？

能量管理系统(EMS—Energy Management system)在电动汽车中非常重要。如图1所示，能量管理系统具有从电动汽车各子系统采集运行数据，控制完成电池的充电、显示蓄电池的荷电状态(SOC)、预测剩余行驶里程、监控电池的状态、调节车内温度、调节车灯亮度以及回收再生制动能量为蓄电池充电等功能。

4、动力电池热管理相关的书籍有哪些

在能源危机和环境污染的双重压力下，节能减排已成为全社会共同的责任。发展电动汽车，关键是动力电池。过热、燃烧、爆炸等安全问题一直是动力电池研究的重点。热量的产生与迅速堆积必然引起电池内部温度升高，尤其在高温环境下使用或者在大电流充放电时，可能会引发电池内部发生剧烈的化学反应，产生大量的热，若热量来不及散出而在电池内部迅速积聚，电池可能会出现漏液、放气、冒烟等现象，严重时电池发生剧烈燃烧甚至爆炸。无论是传统的铅酸电池，还是性能先进的Ni-MH，Li-ion动力电池，温度对电池整体性能都有非常显著的影响。为延长动力电池寿命，提升其电化学性能以及能量效率，必须设计合理的电池热量管理系统，在高温条件下对电池进行散热、低温条件下对电池进行加热或保温，以提升电动汽车整车性能。本书针对国内外电池热管理的研究进展，结合编者近年来的研究成果，分别从基于空气、液体、相变材料等为传热截至的热管理系统出发，对相关技术进行了编著。

5、比亚迪电动汽车 电池热管理资料?

1、比亚迪E6纯电动车铁电池技术的优点
(1)、 超长寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电(5小时率)使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1—1.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，将达到7-8年。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的4倍以上。
(2)、 使用安全，磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。
(3)、 可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。
(4)、 耐高温，磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度范围宽广(-20C--+75C)，有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃—500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。
(5)、 无记忆效应。可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。
(6)、 绿色环保。该电池不含任何重金属与稀有金属(镍氢电池需稀有金属)，无毒(SGS认证通过)，无污染，符合欧洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池证。铅酸电池中却存在着大量的铅，在其废弃后若处理不当，仍将对环境够成二次污染，而磷酸铁锂材料无论在生产及使用中，均无污染，因此该电池又列入了“十五”期间的“863”国家高科技发展计划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目。随着中国加入WTO，中国电动自行车的出口量将迅速增大，而现在进入欧美的电动自行车已要求配备无污染电池。

2、比亚迪E6纯电动车铁电池技术存在缺陷
(1)、 导电性差、锂离子扩散速度慢。高倍率充放电时，实际比容量低，这个问题是制约磷酸铁锂产业发展的一个难点。磷酸铁锂之所以这么晚还没有大范围的应用，这是一个主要的问题。但是，导电性差目前已经得到比较完美的解决：就是添加C或其它导电剂。目前在实际生产过程中通过在前驱体添加有机碳源和高价金属离子联合掺杂的办法来改善材料的导电性(A123、烟台卓能正采用这种方法)，研究表明，磷酸铁锂的电导率提高了7个数量级，使磷酸铁锂具备了和钴酸锂相近的电导特性。实验室报道当0.1C充放电时，可以达到165mAh/g以上的比容量，实际达到135-145mAh/g，基本接近钴酸锂的水平;但是锂离子扩散速度慢的问题到目前仍然没有得到较好的解决，目前采取的解决方案主要有纳米化LiFePO4晶粒，从而减少锂离子在晶粒中的扩散距离，再者就是掺杂改善锂离子的扩散通道，后一种方法看起来效果并不明显。纳米化已经有较多的研究，但是难以应用到实际的工业生产中，目前只有A123宣称掌握了LiFePO4的纳米化产业技术。
(2)、 振实密度较低。一般只能达到0.8-1.3，低的振实密度可以说是磷酸铁锂的很大缺点。所有磷酸铁锂正极材料决定了它在小型电池如手机电池等没有优势，所以其使用范围受到一定程度的限制。即使它的成本低，安全性能好，稳定性好，循环次数高，但如果体积太大，也只能小量的取代钴酸锂。但这一缺点在动力电池方面不会突出。因此，磷酸铁锂主要是用来制作动力电池。
(3 )、 磷酸铁锂电池低温性能差。尽管人们通过各种方法(例如锂位、铁位、甚至磷酸位的掺杂改善离子和电子导电性能，通过改善一次或二次颗粒的粒径及形貌控制有效反应面积、通过加入额外的导电剂增加电子导电性等)改善磷酸铁锂的低温性能，但是磷酸铁锂材料的固有特点，决定其低温性能劣于锰酸锂等其他正极材料。一般情况下，对于单只电芯(注意是单只而非电池组，对于电池组而言，实测的低温性能可能会略高，这与散热条件有关)而言，其0℃时的容量保持率约60～70%，-10℃时为40～55%，-20℃时为20～40%。这样的低温性能显然不能满足动力电源的使用要求。当前一些厂家通过改进电解液体系、改进正极配方、改进材料性能和改善电芯结构设计等使磷酸铁锂的低温性能有所提升，但还未真正满足需求。
( 4)、 电池存在一致性问题。单体磷酸铁锂电池寿命目前超过2000次，但电池组的寿命会大打折扣，有可能是500次。因为电池组是由大量单体电池串并而成，其工作状态好比一群人用绳子绑在一起跑步，即使每个人都是短跑健将，如果大家的动作一致性不高，队伍就跑不快，整体速度甚至比跑得最慢的单个选手的速度还要慢。电池组同理，只有在电池性能高度一致时，寿命发挥才能接近单体电池的水平。而在现有的条件下，由于种种原因，制作出来的电池一致性不佳，进而影响到电池的使用性能和整体寿命，因此应用在动力汽车上存在一定障碍。

6、电动汽车的电池能量管理系统一般有哪些功能？

电动汽车电池管理系统（BMS）是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测；电池状态估计；在线诊断与预警；充、放电与预充控制；均衡管理和热管理等。

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7、动力电池的热管理是指什么？

电动汽车的心脏，在方方面面影响着汽车的性能：能跑多少公里？最大加速度是多少？寿命如何？当然还有更重要的安全性能，上述问题均是电池不可推脱的责任。诸多因素影响着动力电池的性能，帮凶之一便是温度。电动车主们都深有感触，谈温色变。拿某款电动车型来说，明明有350公里的续航里程，到冬天后只剩原先的70%，很多人舍不得打开空调取暖，生怕影响到驾驶里程。实际上，高温也同样带来电池的损害。公开的研究数据表明，一节索尼18650电池在55℃条件下循环500次，容量衰减近70%。
当前的电池热管理方法有许多，诸如大家熟知的风冷散热以及液冷散热。由于空气对流换热系数相对较低，且强制风冷可能带来较大的温度差异，因此许多汽车厂商倾向于采用液冷板散热方案带来更好的用户体验。然而，随着动力电池能量密度不断提高、快速充电要求的提高以及对寿命要求的提升，迫切需要发展新的热管理技术来解决当前的技术瓶颈，热管这种高效导热元件便是未来高性能动力电池热管理系统最佳选择。

8、电动汽车里面的电池组是怎么散热的？

目前主要的方式分三种：第一是没有热管理系统，也就是不刻意让电池散热，采用自然降温的方式，这些电池在制造工艺等方面都比较先进，比如Leaf电动车。第二种是采用风冷：主要有通过电池包内循环降温散热和通过外部风扇通风降温，其中前者占绝大部分，后者比较少。第三种是水冷或者别的液体介质降温，不是很常见

9、电动汽车需要提前热车吗？

需要提前热车，不少厂家都设计了电池加热系统，而电池的热管理系统的最终目的，简单地说，就是为了让电池的温度达到最适宜的工作温度。根据电池加热管理系统来说，有的是插枪加热，有的是利用电池自身的电量加热。

不热车便行驶可能会导致汽车续航里程降低的情况发生，因为新能源汽车在停止运行的状态下突然高速运转，电池的消耗量会变大，进而对汽车本身的续航里程造成影响，另外来说就是没有提前热车，在低温的时候启动后的一段时间里，也应该尽量避免暴力驾驶。

启动后极短的时间就可以稳定转速，外界温度对它的影响也小，所以不需要暖机，当今时代完全没有必要专门为了燃油雾化去热车，启动后先以较慢的速度预热一下就没问题了。在低温的时候会因为温度导致电池续航里程出现衰退的情况，而在温度低的环境当中提前热车，能够让动力电池达到理想的工况温度，行驶时可以改善低温环境下的使用性能。

拿纯电动新能源汽车为例，低速热车是为了提高续航里程，并不是影响电动机寿命，纯电动汽车热车，是不能原地热的，因为原地不同的情况下，电池是完全不工作的，这一点不同于内燃发动机，动力电池原地热车起不到任何作用，热车的办法就是以缓慢的速度，开起来行驶几分钟，然后通过行驶，让动力电池包里的冷却液慢慢地有温度，帮助电池工作，为什么说不热车影响续航里程，就是因为直接猛烈驾驶会导致耗电大、速度低，并且还会减少你的续航，另外，电池热起来后消耗一样的电量，要比没有温度的电池跑的更快。

10、汽车也有免疫系统？ 纯电动汽车热管理系统浅析

随着新能源汽车的逐渐普及，有越来越多的消费者开始逐渐接触新能源汽车。但是对于大多数普通消费者来说，燃油车型的机构原理尚不能完全了解，更何况产品技术含量更高的新能源汽车了。因此，有必要通过通俗易懂的文字来介绍一下新能源汽车的相关内容。本次，我们就简单介绍一下纯电动汽车的热管理系统，这样对纯电动汽车的“免疫系统”进行分析，希望可以对大家了解新能源汽车提供帮助。

什么是纯电动汽车的热管理系统？

汽车的热管理系统是调节汽车座舱环境、汽车零部件工作环境的重要系统，其通过制冷、制热和热量内部传导综合提升能源利用效率。简单的说，就好像是人们发烧了需要使用退烧贴；而当寒冷难耐时，需要使用暖宝宝类似的道理。而纯电动汽车复杂的结构无法通过人为操作来进行干预，因此其自身的“免疫系统”将起到至关重要的作用。

纯电动汽车的热管理系统相比普通燃油车型则更加复杂，这是由于纯电动汽车拥有电池、控制器以及电动机等更多需要进行热控制的部件。纯电动汽车的热管理系统不仅包括了空调系统，而是根据热管理需求分别增加了电池包环境、功率电子器件以及电机散热等不同的部分。

纯电动汽车热管理系统的主要组成和功能

纯电动汽车的热管理系统通过最大限度地利用电池能量辅助进行驾驶，通过小心地将车辆中的热能重新用于车辆内部的空调、电池，热管理可以节省电池能量以延长车辆的行驶里程，其优势在极端的冷热温度下尤其显着。而纯电动汽车的热管理系统根据不同车型主要包括了高压电池管理系统（BMS）、电池冷却板、电池冷却器、高电压PTC电加热器以及热泵系统等主要部件。

而纯电动汽车的热管理系统解决方案涵盖了整个系统范围，从控制策略到智能组件，通过在运行过程中灵活分配动力总成组件产生的热量来管理两个极端温度。通过允许所有组件在最佳温度下运行，纯电动汽车热管理系统决方案缩短了充电时间并延长了电池寿命。

高压电池管理系统（BMS）相比于传统燃油汽车的电池管理系统更加复杂，该系统作为核心组件集成到了纯电动汽车的电池组当中。根据收集到的系统数据，该系统可将热能从电池冷却回路传递到车辆的制冷回路，以保持最佳的电池温度。该系统具有模块化的结构，其主要包括了电池管理控制器（BMC）、电池监控电路（CSC） 以及高压传感器等设备。

电池冷却板则可用于纯电动汽车电池组的直接冷却，其可分为直接冷却（制冷剂冷却）和间接冷却（水冷冷却）。其可以根据电池进行设计匹配，以达到电池工作高效和寿命延长。而双回路电池冷却器内腔为双介质制冷剂和冷却液，其适用于纯电动汽车电池组的冷却，可使电池温度维持在高效率区域并保证电池使用寿命的最优化。

纯电动汽车并没有热源，因此需要使用标准输出功率为4-5kW的高电压PTC电加热器为车内提供快速且足够的热量。而纯电动汽车的余热又不足以完全进行车厢加热，因此需要热泵系统进行加热。

编辑点评：

其实，纯电动汽车的热管理系统还是非常复杂的，本文只是对该系统进行了简要的介绍。而相关控制原理更是相当的复杂，但是作为普通消费者，只需要知道纯电动汽车的热管理系统就是车辆自身的免疫系统就够了。因为高度智能化的纯电动汽车已经逐步融入到大家的生活当中，大家的用车生活将会变得更加便捷、轻松。

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