新能源汽車電池熱管理技術

一、技術創新方面 

（一）項目背景

1、國家戰略需求

2017年3月1日，工信部、發改委、科技部、財政部四部委發布《促進汽車動力電池發展行動方案》，明確提出，2020年，動力電池系統的能量密度要大于260wh/kg，成本要小于1元/Wh，运用環境達到-30~55℃，充電倍率達到3C。

2、行業及本身發展需求

    锂離子電池的本身的溫度保持在20~30℃範圍內最佳，因此高效率成爲電池熱管理系統的發展趨勢。按照效率來分，電池熱管理方案大體分爲自然冷卻、強制風冷、液冷技術及冷媒直冷技術，其中自然冷卻設計最簡單，直冷技術方案設計最複雜、成本最高，目前在市場上並無成熟运用的案例。

同时，截止2016年底，江淮純電動轎車累计产销3.6万辆，基本采用风冷零碎，存在冷却效率较低、零碎温差较大、动力电池的运用工况及运用寿命遭到限制、空间利用率较低，车辆里程遭到一定限值等缺点；在此情况下，为呼应公司对新能源汽车”再造竞争优势”的指示，落实江淮“有技术”方针，进步顾客满意度，迫切需求液冷零碎技术储备，开发液冷动力电池。

（二）項目目標和舉措

1、項目目標

液冷技术是电池热管理零碎的发展趋势，国外Tesla、BMW i3、通用Volt等车型电池包已采用电池液冷技术，运转波动、可靠。国内车企均在开发，但批量运用较少，在此情况下，我司拟开展液冷动力电池研发项目，完成以下目标：

（1）液冷電池模塊達成各種失效模式下熱失控被動平安；單體熱失穩不會惹起模組及電池包熱失控。

（2）熱管理功能相對風冷系統大幅提升，在極端放電工況、高溫快充、高溫慢充、低溫加熱在方面設定提升目標：

（3）完成整車空調與電池熱管理系統功能婚配與標定。

（4）液冷系統數模凍結，具備下發開模告诉函條件。

（5）完成關鍵部件量産可行性評估及供應商選點。

2、項目措施

針對既定的開發目標，依據NAM流程，確立了提出熱管理系統設計概念方案發布-設計方案發布，A樣結構狀態和初始控制方案發布-熱管理控制策略和功能驗證試驗大綱發布-熱管理功能等確認-SOP的開發流程：

熱管理系統設計概念方案發布：根據系統仿真分析及理論計算，充分對標標杆車型，完成熱管理系統概念方案設計，同時完成熱管理部件的選型；

A樣結構狀態和初始控制方案發布：依托iEV7S整車空間架構，布置各熱管理部件的空間地位；依據動力電池內部結構，布置模組及液冷管路。根據動力電池的运用工況和功能及溫度需求發布初始控制方案；

熱管理控制策略和功能驗證試驗大綱發布：根據整車試驗工況和前期開發積累的試驗經驗，學習德國大衆相關車型的驗證方式，發布功能驗證試驗大綱及熱管理控制策略。

熱管理功能等確認：依據前期發布的試驗大綱，進行充分的試驗驗證及參數標定，直至確認各項功能滿足設計需求。

SOP:完成各項功能確認；各項技術文件如：技術協議、三維數模、二維圖紙、數據確認函、開模告诉函、EV試驗報告等凍結下發，完成SOP。

（三）技術優勢及新技術運用效果

1、技術優勢

相比于上一代的風冷熱管理方式，雖然其技術複雜度與開發難度均有所提升，但是達成效果顯著，系統換熱效率大幅提升。換熱效率地提升能夠確保電池組的工作溫度區間由之前的0~55℃縮短到10~35℃，溫差由17℃縮小到5℃；有效地控制溫差、抑制溫升,對電池組的平安、壽命、充電功能都有極大程度地改善。與此同時，液冷系統與風冷系統相比，在電池包所占的體積更小，電池單體空間利用率更高，能夠實現電池組能量由29kwh提升至40kwh。

液冷技術的具有三大核心優勢：

第一，液冷電池組能夠確保100%的熱失控平安性，電池單體內短路不會形成電池組起火，保障人車平安。

第二，電池工作在更適宜的溫度區間，電池組的壽命能夠提升6%，高低溫充電時間縮短1h。

第三，液冷電池的體積比能量密度更高，整車續駛裏程能夠打破260Km。

2、技術實施效果

（1）平安性

通過優化液冷方案模組，塗覆集流板絕緣漆、添加保險絲、增強模組端板及正極絕熱�-片等措施，確保各種失效模式下熱失控被動平安；開發電池平安毛病診斷策略，及時有效的識別和化解潛在平安失效風險，避免電池失火。開展100次模組熱失控平安試驗，全部通過。液冷電池模塊達成各種失效模式下熱失控被動平安，單體熱失穩不會惹起模組及電池包熱失控。

（2）熱功能

熱管理功能相對風冷系統大幅提升，100%達成設計目標，表現在以下方面：

1）極端放電工況

目標：最高車速130km/h，環境溫度40℃，電池包起始溫度35±2℃，整車滿電放電至保護，電池包最高溫度由風冷65℃降低至45℃以內，溫差由10℃降低至5℃。

實際：最高車速130km/h，環境溫度40℃，電池包起始溫度35℃，整車滿電放電至SOC4%，電池包最高溫度降低至45℃，溫差5℃。

2）高溫快充工況

目標：環境溫度爲35±2℃，電池包最高溫度45℃，充電結束電池最高溫度控制在35℃以內，溫差控制在5℃以內，由于熱管理需求導致空調開啓時間由原來的4小時縮短至1小時。

實際：環境溫度爲36℃，電池包溫度40~42℃，充電結束電池最高溫度30℃，溫差0℃，空調開啓時間1小時。

3）高溫慢充工況

目標：環境溫度爲35±2℃，電池包最高溫度45℃，充電結束電池最高溫度控制在35℃以內，溫差控制在5℃以內，由于熱管理需求導致空調開啓時間由原來的4小時縮短至30分鍾。

實際：環境溫度爲35℃，電池包溫度40~42℃，充電結束電池最高溫度30℃，溫差2℃，空調開啓時間21min。

4）低溫加熱工況

目標：環境溫度爲-10℃，電池包溫度爲-8±2℃，加熱速率由風冷系統15min溫升1℃提升至15min溫升7℃，溫差由17℃降低至5℃。

實際：環境溫度爲-15℃，電池包溫度爲-10℃，加熱速率爲10min溫升7℃，溫差5℃。

（3）空調系統婚配

完成整車空調與電池熱管理系統功能婚配與標定：車速最高車速130km/h，環境溫度40℃，電池包起始溫度35±2℃，整車滿電放電至保護，電池包最高溫度控制在45℃以內，溫差5℃，乘員艙制冷滿足Q/JQ8101.11,出風口平均溫度≤15℃。

（4）NVH功能

水泵按照最大占空比開啓，運轉乐音值測試值＜39dB(A）。

（5）氣密性

完成電池包內部冷卻管路總成設計開發，針對液冷管21根，快插接頭46個，泄露風險大的風險。通過識別液冷管焊接�-量、表面粗糙度等影響要素，實施快插插頭選型、側拉力測試和精度控制攻關，制定零部件進出廠測試標准；確認系統氣密性檢測標准爲2.5bar，走漏量0.5ml/min。

（6）數據凍結

通過電池包試制及整車裝配驗證，完成膨脹水壺、電池冷卻器、水加熱器、内部管路總成、模組總成、殼體總成、液冷管總成及快插管路8個部件數據凍結，具備下發開模告诉函條件。

（7）量産可行性確認

完成電池冷卻器、水加熱器、模組總成、殼體總成、液冷管總成及快插管路6個次要部件量産可行性評估及供應商選點。

曆經概念方案-加熱器更換及進出口地位調整-電池冷卻器更換-水泵地位調整-膨脹水壺設計優化，超過多達20多次的優化，確認液冷系統結構設計方案；通過2套電池包及4輛整車驗證，完成各部件裝配、總成裝配等工藝驗證，確認工藝可行；通過重點開展9項30多次專項試驗驗證，確定系統及部件功能滿足設計需求；通過在試驗開發過程中逐渐優化控制策略和標定參數閥值，策略及軟件已發布；通過5輪CFD仿真分析，有效的指導了結構開發的正常進行，並對試驗驗證結果進行確認；通過溫度分布試驗及開展熱管理功能試驗，已確認高低溫冷卻功能符合設計要求。

构成交付物89份，撰写科技论文八篇：《动力轿车电池包液冷零碎设计》（CN61-1394/TH 汽车适用技术）；《一种电动汽车电池组箱体轻量化设计》（CN61-1394/TH 汽车适用技术）等；申请专利十三项：其中一种电动汽车动力电池液冷加热安装、一种电动汽车动力电池液冷板、一种液冷电池包安装、一种液冷电池模块结构设计、一种电池组防撞梁设计等已获受理授权，其它项正在审核中。