电动汽车热管理策略研究论文

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。

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。

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

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