鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1512次 | 2020年04月30日
江淮iEVS4電驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力鋰電池高溫散熱策略解析
2019年上海車展,扣除補(bǔ)貼后售價(jià)12.95-15.95萬(wàn)元的江淮iEVS4上市。4個(gè)版本的江淮iEVS4,分為402公里和470公里2個(gè)續(xù)航里程設(shè)定。
其中,綜合續(xù)航里程470公里版本,搭載江淮華霆生產(chǎn)的66度電電池包,應(yīng)用21700型NCA(鎳鈷鋁)電芯。
四個(gè)版本,均匹配相同的最大輸出功率110kW、最大輸出扭矩330Nm的永磁同步電機(jī)。要特別關(guān)注的是,江淮iEVS4熱管理系統(tǒng),由電驅(qū)動(dòng)熱管理系統(tǒng)和動(dòng)力鋰電池熱管理系統(tǒng)組成,動(dòng)力鋰電池熱管理包含高溫冷卻和低溫預(yù)熱系統(tǒng)。
本文承接《宋楠:江淮iEVS4電驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾砑夹g(shù)狀態(tài)匯總》一文。
備注:本文僅對(duì)江淮iEVS4電動(dòng)汽車高溫充電工況動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾聿呗越馕觥?/p>
1、開(kāi)啟空調(diào)制冷模式江淮iEVS4動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾聿呗裕?/p>
駕駛江淮iEVS4環(huán)巢湖旅游大道一圈約154公里,加上出發(fā)與售車行駛距離,此次試駕總行程約200公里。環(huán)巢湖觀光大道,全部為鋪裝路面,限速40-50公里/小時(shí)。
環(huán)巢湖試駕出發(fā)時(shí)間為11:30分、室外溫度約為24攝氏度;至12:30分,室外溫度接近28攝氏度。開(kāi)啟駕駛艙空調(diào)制冷模式,江淮iEVS4前機(jī)艙蓋溫度甚至達(dá)到58.8攝氏度(12:30)。
筆者駕駛江淮iEVS4承載4人,并開(kāi)啟駕駛艙空調(diào)制冷模,車速保持在40-50公里/小時(shí),偶爾車速可以提升至60公里/小時(shí)。
江淮iEVS4人機(jī)交互系統(tǒng)的電耗顯示項(xiàng)中,駕駛員可以讀取瞬時(shí)百公里電耗、歷史百公里電耗等信息,還可以清晰獲取驅(qū)動(dòng)電機(jī)電量輸出/回饋狀態(tài),以及制冷/制熱空調(diào)開(kāi)啟后的電量消耗數(shù)值。
白色箭頭:室外溫度24.5攝氏度;出風(fēng)量3擋
黃色箭頭:平均電耗17度電/百公里
紅色箭頭:空調(diào)(制冷和制熱)模式分配的電耗數(shù)值
采用以測(cè)試目的的評(píng)測(cè)類駕駛習(xí)慣,這臺(tái)江淮iEVS4顯示的綜合電耗17度電/百公里,并不能用于日常駕駛所反映的綜合電耗水平。
基本上開(kāi)啟駕駛艙空調(diào)制冷模式后,江淮iEVS4的綜合電耗基本維持在14-15度電/百公里的狀態(tài)。
上圖為江淮iEVS4動(dòng)力艙內(nèi)各分系統(tǒng)細(xì)節(jié)特寫。
紅色箭頭:“2合1”驅(qū)動(dòng)電機(jī)和DCDC總成
黃色箭頭:pDU
白色箭頭:OBC
藍(lán)色箭頭:動(dòng)力鋰電池高溫散熱和低溫預(yù)熱循環(huán)系統(tǒng)水壺
綠色剪頭:“2合1”驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器和DCDC總成、pDU、OBC和驅(qū)動(dòng)電機(jī)散熱循環(huán)系統(tǒng)水壺
從iEV7S開(kāi)始,江淮新能源就為引入了動(dòng)力鋰電池液冷恒溫技術(shù),為動(dòng)力鋰電池適配了完善的熱管理策略。至采用21700型NCA電芯的江淮iEV4S,在動(dòng)力鋰電池散熱需求進(jìn)一步降低的前提下,對(duì)熱管理策略進(jìn)行了優(yōu)化。
上圖為江淮iEVS4動(dòng)力艙內(nèi),動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的pTC、水冷板以及制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)特寫。
藍(lán)色箭頭:冷卻器模塊(制冷)
白色箭頭:pTC模塊(制熱)
紅色箭頭:真空泵
綠色箭頭:真空儲(chǔ)氣罐
黃色箭頭:真空泵與真空儲(chǔ)氣罐之間的氣管
江淮iEVS4的動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng),由pTC模塊(制熱)和冷卻器模塊(制冷),通過(guò)管路和電子水泵串聯(lián)成一個(gè)完整的循環(huán)管路。
動(dòng)力鋰電池低溫預(yù)熱模式:
冷卻液被電子水泵“壓”入通電后的pTC模塊進(jìn)行加熱,經(jīng)過(guò)加熱后的冷卻液,再被“壓”入動(dòng)力鋰電池總成內(nèi)部,通過(guò)管路對(duì)電芯進(jìn)行預(yù)熱伺服。
動(dòng)力鋰電池高溫散熱模式:
冷卻液被電子水泵“壓”入水冷板,與此同時(shí)電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)開(kāi)啟運(yùn)行,“冷量”經(jīng)過(guò)R134A(制冷劑)傳輸至水冷板。在來(lái)自空調(diào)系統(tǒng)的2組管路(R134A)和來(lái)動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)2組管路(冷卻液),都連接至水冷板并進(jìn)行“冷交換”。經(jīng)過(guò)冷卻后的冷卻液再被“壓”入動(dòng)力鋰電池總成內(nèi)部,對(duì)電芯進(jìn)行高溫散熱伺服。
動(dòng)力鋰電池高溫散熱和低溫預(yù)熱循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)液壺蓋,未標(biāo)注管路內(nèi)部壓力。不過(guò)根據(jù)同類車型相同系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)研判,其壓力不會(huì)超過(guò)50kpA,屬于低壓范疇。
“2合1”驅(qū)動(dòng)電機(jī)和DCDC總成、pDU、OBC和驅(qū)動(dòng)電機(jī)散熱循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)液壺,壓力預(yù)計(jì)不會(huì)超過(guò)100kpA,但可以歸屬為高壓范疇。
上圖為“怠速”狀態(tài)、開(kāi)啟駕駛艙空調(diào)制冷模式,組合儀表駕駛員一側(cè)(最外端)出風(fēng)口(白色箭頭)溫度-8.6攝氏度。
上圖為江淮iEVS4動(dòng)力艙內(nèi)諸多分系統(tǒng)熱成像信號(hào)變化特點(diǎn)。
白色箭頭:動(dòng)力鋰電池高溫散熱和低溫預(yù)熱循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)液壺
通過(guò)熱成像儀,將溫度差異轉(zhuǎn)化為不同顏色比較的靜態(tài)圖像研判,開(kāi)啟駕駛艙空調(diào)制冷模式的江淮iEVS4,電動(dòng)壓縮機(jī)啟動(dòng)及出現(xiàn)的“冷量”,通過(guò)壓力管路輸送至防火墻的膨脹閥,并向駕駛艙輸送“冷量”。同時(shí),江淮iEVS4的動(dòng)力鋰電池電信溫度并未達(dá)到激活的預(yù)設(shè)閾值,而沒(méi)有啟動(dòng)動(dòng)力鋰電池高溫散熱系統(tǒng)。
動(dòng)力鋰電池高溫散熱和低溫預(yù)熱循環(huán)系統(tǒng)補(bǔ)液壺溫度約為30攝氏度(紅色區(qū)域),沒(méi)有開(kāi)啟動(dòng)力鋰電池高溫散熱功能,僅在電子水泵用途下,進(jìn)行自然循環(huán)降溫。藍(lán)色區(qū)域則是溫度降至14-17攝氏度的空調(diào)制冷管路,由于動(dòng)力鋰電池電信溫度沒(méi)有達(dá)到預(yù)設(shè)閾值,而沒(méi)有開(kāi)啟降溫功能。電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)出現(xiàn)的“冷量”,僅伺服駕駛艙空調(diào)制冷使用,沒(méi)有在水冷板與動(dòng)力鋰電池高溫散熱和低溫預(yù)熱循環(huán)管路進(jìn)行“冷交換”用于電池降溫。此時(shí),江淮iEVS4采用動(dòng)力鋰電池輸出的電量,至進(jìn)行駕駛艙空調(diào)制冷,而沒(méi)有進(jìn)行消耗更多電量的動(dòng)力鋰電池高溫散熱伺服。
2、高溫環(huán)境江淮iEVS4充電工況動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾聿呗裕?/p>
筆者試駕的江淮iEVS4電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池裝載電量為66度電,續(xù)航里程470公里。圍繞巢湖行駛一圈后,回到距離出發(fā)點(diǎn)20公里的國(guó)家電網(wǎng)充電站進(jìn)行高溫工況充電,并對(duì)其動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾聿呗赃M(jìn)行評(píng)測(cè)。
室外溫度31攝氏度(17:00),開(kāi)始為剩余續(xù)航里程181公里的江淮iEVS4進(jìn)行快充(國(guó)家電網(wǎng)60千瓦充電樁)。熱車狀態(tài)快充,起始充電電流49安,2分鐘后充電電流提升至104安。
江淮iEVS4開(kāi)始充電時(shí),充電樁端顯示充電溫度為32攝氏度,江淮iEVS4動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的高溫散熱功能未被激活。
充電1分鐘、電芯溫度升至33攝氏度、充電電流提升至113安,江淮iEVS4電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的高溫散熱功能激活。
江淮iEVS4的動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的高溫散熱功能激活后,電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)開(kāi)啟運(yùn)行,出現(xiàn)的“冷量”經(jīng)過(guò)管路輸送至水冷板模塊(制冷),與連接動(dòng)力鋰電池的管路(補(bǔ)液壺)進(jìn)行“冷交換”。
最終結(jié)果是,溫度降至24.6攝氏度(補(bǔ)液壺表面溫度)冷卻液,被電子水泵輸送至動(dòng)力鋰電池總成內(nèi)偏管,為21700型電芯散熱伺服。
白色箭頭:pTC模塊(制熱和水冷板模塊(制冷)串聯(lián)在一個(gè)循環(huán)管路的補(bǔ)液壺外表溫度為24.6攝氏度
上圖中藍(lán)色區(qū)域?yàn)橹评浜蟮目照{(diào)管路、水冷板模塊(制冷)及循環(huán)管路補(bǔ)液壺。紅色區(qū)域?yàn)閜DU、DCDC等未進(jìn)行高溫散熱伺服的電驅(qū)動(dòng)模塊。
江淮iEVS4動(dòng)力鋰電池?zé)峁苈废到y(tǒng)高溫散熱功能激活后,2組電子扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)為冷凝器主動(dòng)散熱。電動(dòng)空調(diào)管路制冷后在熱成像中顯示為藍(lán)色(低溫)。白色箭頭所指的水冷板模塊(制冷)溫度更低至25.7攝氏度。
上圖為在動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)高溫散熱系統(tǒng)激活時(shí),補(bǔ)液壺內(nèi)部冷卻液進(jìn)行循環(huán)特寫。
黃色箭頭:從動(dòng)力鋰電池內(nèi)部流出、帶有電芯熱量的冷卻液“泵入”補(bǔ)液壺
上圖為江淮iEVS4的動(dòng)力艙內(nèi)右側(cè)(駕駛員一側(cè))2合1”驅(qū)動(dòng)電機(jī)和DCDC總成和OBC(充電機(jī))等,充電時(shí)沒(méi)有制冷需求分系統(tǒng)熱輻射信號(hào)狀態(tài)特寫。
白色箭頭:2合1”驅(qū)動(dòng)電機(jī)和DCDC總成外殼體溫度約為35攝氏度
藍(lán)色箭頭:制動(dòng)總泵補(bǔ)液壺外殼體溫度約為38攝氏度
綠色箭頭:電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冷卻循環(huán)管路補(bǔ)液壺外殼體溫度約為40攝氏度
橘色箭頭:保險(xiǎn)盒外殼體溫度為42.4攝氏度
江淮iEVS4的動(dòng)力鋰電池?zé)峁苈废到y(tǒng)的pTC模塊和水冷板模塊、以及相關(guān)管路和補(bǔ)液壺,都布置在動(dòng)力艙左側(cè)(副駕駛員一側(cè))。驅(qū)動(dòng)電機(jī)總成、2合1”驅(qū)動(dòng)電機(jī)和DCDC總成和OBC,等只要散熱伺服的分系統(tǒng)及循環(huán)管路,都布置在中央和右側(cè)(駕駛員一側(cè))。這種布局關(guān)于動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)開(kāi)啟后,伺服目標(biāo)分系統(tǒng)的“熱輻射”或“冷輻射”效能提升有所幫助。
筆者有話說(shuō):
筆者駕駛開(kāi)啟駕駛艙空調(diào)制冷模式、滿載4人的江淮iEVS4行駛200公里并進(jìn)行快速充電,電芯溫度從32攝氏度向33攝氏度提升時(shí),動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)高溫散熱功能激活。從SOC43%起始,充電10分鐘,充電電流依舊保持在110安左右,電芯溫度適中保持在33攝氏度。
單就江淮iEVS4的動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)高溫散熱預(yù)設(shè)閾值為33攝氏度看,廠家工程師對(duì)21700型電芯的溫度控制策略更完善。相對(duì)其他采用方形NCM電芯的車型,其動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)高溫散熱功能開(kāi)啟閾值,多為36攝氏度或37攝氏度,明顯高于江淮iEVS4。