宋楠:江淮iEVS4電驅動和動力電池高溫散熱策略解析

2019年上海車展,扣除補貼後售價12.95-15.95萬元的江淮iEVS4上市。4個版本的江淮iEVS4,分爲402公里和470公里2個續航里程設定。

其中,綜合續航里程470公里版本,搭載江淮華霆生產的66度電電池包,應用21700型NCA(鎳鈷鋁)電芯。

四個版本,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。需要特別關注的是,江淮iEVS4熱管理系統,由電驅動熱管理系統和動力電池熱管理系統組成,動力電池熱管理包含高溫冷卻和低溫預熱系統。

本文承接《宋楠:江淮iEVS4電驅動和動力電池熱管理技術狀態彙總》一文。

備註:本文僅對江淮iEVS4電動汽車高溫充電工況動力電池熱管理策略解析。

1、開啓空調製冷模式江淮iEVS4動力電池熱管理策略:

宋楠:江淮iEVS4電驅動和動力電池高溫散熱策略解析

駕駛江淮iEVS4環巢湖旅遊大道一圈約154公里,加上出發與售車行駛距離,此次試駕總行程約200公里。環巢湖觀光大道,全部爲鋪裝路面,限速40-50公里/小時。

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環巢湖試駕出發時間爲11:30分、室外溫度約爲24攝氏度;至12:30分,室外溫度接近28攝氏度。開啓駕駛艙空調製冷模式,江淮iEVS4前機艙蓋溫度甚至達到58.8攝氏度(12:30)。

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筆者駕駛江淮iEVS4承載4人,並開啓駕駛艙空調製冷模,車速保持在40-50公里/小時,偶爾車速可以提升至60公里/小時。

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江淮iEVS4人機交互系統的電耗顯示項中,駕駛員可以讀取瞬時百公里電耗、歷史百公里電耗等信息,還可以清晰獲取驅動電機電量輸出/回饋狀態,以及製冷/制熱空調開啓後的電量消耗數值。

白色箭頭:室外溫度24.5攝氏度;出風量3擋

黃色箭頭:平均電耗17度電/百公里

紅色箭頭:空調(製冷和制熱)模式分配的電耗數值

採用以測試目的的評測類駕駛習慣,這臺江淮iEVS4顯示的綜合電耗17度電/百公里,並不能用於日常駕駛所反映的綜合電耗水平。

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基本上開啓駕駛艙空調製冷模式後,江淮iEVS4的綜合電耗基本維持在14-15度電/百公里的狀態。

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上圖爲江淮iEVS4動力艙內各分系統細節特寫。

紅色箭頭:“2合1”驅動電機和DCDC總成

黃色箭頭:PDU

白色箭頭:OBC

藍色箭頭:動力電池高溫散熱和低溫預熱循環系統水壺

綠色剪頭:“2合1”驅動電機控制器和DCDC總成、PDU、OBC和驅動電機散熱循環系統水壺

從iEV7S開始,江淮新能源就爲引入了動力電池液冷恆溫技術,爲動力電池適配了完善的熱管理策略。至採用21700型NCA電芯的江淮iEV4S,在動力電池散熱需求進一步降低的前提下,對熱管理策略進行了優化。

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上圖爲江淮iEVS4動力艙內,動力電池熱管理系統的PTC、水冷板以及制動系統技術狀態特寫。

藍色箭頭:冷卻器模塊(製冷)

白色箭頭:PTC模塊(制熱)

紅色箭頭:真空泵

綠色箭頭:真空儲氣罐

黃色箭頭:真空泵與真空儲氣罐之間的氣管

江淮iEVS4的動力電池熱管理系統,由PTC模塊(制熱)和冷卻器模塊(製冷),通過管路和電子水泵串聯成一個完整的循環管路。

動力電池低溫預熱模式:

冷卻液被電子水泵“壓”入通電後的PTC模塊進行加熱,經過加熱後的冷卻液,再被“壓”入動力電池總成內部,通過管路對電芯進行預熱伺服。

動力電池高溫散熱模式:

冷卻液被電子水泵“壓”入水冷板,與此同時電動空調壓縮機開啓運行,“冷量”經過R134A(製冷劑)傳輸至水冷板。在來自空調系統的2組管路(R134A)和來動力電池熱管理系統2組管路(冷卻液),都連接至水冷板並進行“冷交換”。經過冷卻後的冷卻液再被“壓”入動力電池總成內部,對電芯進行高溫散熱伺服。

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動力電池高溫散熱和低溫預熱循環系統補液壺蓋,未標註管路內部壓力。不過根據同類車型相同系統技術狀態研判,其壓力不會超過50kPA,屬於低壓範疇。

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“2合1”驅動電機和DCDC總成、PDU、OBC和驅動電機散熱循環系統補液壺,壓力預計不會超過100kPA,但可以歸屬爲高壓範疇。

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上圖爲“怠速”狀態、開啓駕駛艙空調製冷模式,組合儀表駕駛員一側(最外端)出風口(白色箭頭)溫度-8.6攝氏度。

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上圖爲江淮iEVS4動力艙內諸多分系統熱成像信號變化特徵。

白色箭頭:動力電池高溫散熱和低溫預熱循環系統補液壺

通過熱成像儀,將溫度差異轉化爲不同顏色對比的靜態圖像研判,開啓駕駛艙空調製冷模式的江淮iEVS4,電動壓縮機啓動及產生的“冷量”,通過壓力管路輸送至防火牆的膨脹閥,並向駕駛艙輸送“冷量”。同時,江淮iEVS4的動力電池電信溫度並未達到激活的預設閾值,而沒有啓動動力電池高溫散熱系統。

動力電池高溫散熱和低溫預熱循環系統補液壺溫度約爲30攝氏度(紅色區域),沒有開啓動力電池高溫散熱功能,僅在電子水泵作用下,進行自然循環降溫。藍色區域則是溫度降至14-17攝氏度的空調製冷管路,由於動力電池電信溫度沒有達到預設閾值,而沒有開啓降溫功能。電動空調壓縮機產生的“冷量”,僅伺服駕駛艙空調製冷使用,沒有在水冷板與動力電池高溫散熱和低溫預熱循環管路進行“冷交換”用於電池降溫。此時,江淮iEVS4採用動力電池輸出的電量,至進行駕駛艙空調製冷,而沒有進行消耗更多電量的動力電池高溫散熱伺服。

2、高溫環境江淮iEVS4充電工況動力電池熱管理策略:

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筆者試駕的江淮iEVS4電動汽車動力電池裝載電量爲66度電,續航里程470公里。圍繞巢湖行駛一圈後,回到距離出發點20公里的國家電網充電站進行高溫工況充電,並對其動力電池熱管理策略進行評測。

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室外溫度31攝氏度(17:00),開始爲剩餘續航里程181公里的江淮iEVS4進行快充(國家電網60千瓦充電樁)。熱車狀態快充,起始充電電流49安,2分鐘後充電電流提升至104安。

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江淮iEVS4開始充電時,充電樁端顯示充電溫度爲32攝氏度,江淮iEVS4動力電池熱管理系統的高溫散熱功能未被激活。

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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電動汽車動力電池熱管理系統的高溫散熱功能激活。

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江淮iEVS4的動力電池熱管理系統的高溫散熱功能激活後,電動空調壓縮機開啓運行,產生的“冷量”經過管路輸送至水冷板模塊(製冷),與連接動力電池的管路(補液壺)進行“冷交換”。

最終結果是,溫度降至24.6攝氏度(補液壺表面溫度)冷卻液,被電子水泵輸送至動力電池總成內偏管,爲21700型電芯散熱伺服。

白色箭頭:PTC模塊(制熱和水冷板模塊(製冷)串聯在一個循環管路的補液壺外表溫度爲24.6攝氏度

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上圖中藍色區域爲製冷後的空調管路、水冷板模塊(製冷)及循環管路補液壺。紅色區域爲PDU、DCDC等未進行高溫散熱伺服的電驅動模塊。

江淮iEVS4動力電池熱管路系統高溫散熱功能激活後,2組電子扇高速運轉爲冷凝器主動散熱。電動空調管路製冷後在熱成像中顯示爲藍色(低溫)。白色箭頭所指的水冷板模塊(製冷)溫度更低至25.7攝氏度。

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上圖爲在動力電池熱管理系統高溫散熱系統激活時,補液壺內部冷卻液進行循環特寫。

黃色箭頭:從動力電池內部流出、帶有電芯熱量的冷卻液“泵入”補液壺

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上圖爲江淮iEVS4的動力艙內右側(駕駛員一側)2合1”驅動電機和DCDC總成和OBC(充電機)等,充電時沒有製冷需求分系統熱輻射信號狀態特寫。

白色箭頭:2合1”驅動電機和DCDC總成外殼體溫度約爲35攝氏度

藍色箭頭:制動總泵補液壺外殼體溫度約爲38攝氏度

綠色箭頭:電驅動系統冷卻循環管路補液壺外殼體溫度約爲40攝氏度

橘色箭頭:保險盒外殼體溫度爲42.4攝氏度

江淮iEVS4的動力電池熱管路系統的PTC模塊和水冷板模塊、以及相關管路和補液壺,都佈置在動力艙左側(副駕駛員一側)。驅動電機總成、2合1”驅動電機和DCDC總成和OBC,等只需要散熱伺服的分系統及循環管路,都佈置在中央和右側(駕駛員一側)。這種佈局對於動力電池熱管理系統開啓後,伺服目標分系統的“熱輻射”或“冷輻射”效能提升有所幫助。

筆者有話說:

筆者駕駛開啓駕駛艙空調製冷模式、滿載4人的江淮iEVS4行駛200公里並進行快速充電,電芯溫度從32攝氏度向33攝氏度提升時,動力電池熱管理系統高溫散熱功能激活。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的動力電池熱管理系統高溫散熱預設閾值爲33攝氏度看,廠家工程師對21700型電芯的溫度控制策略更完善。相對其他採用方形NCM電芯的車型,其動力電池熱管理系統高溫散熱功能開啓閾值,多爲36攝氏度或37攝氏度,明顯高於江淮iEVS4。

文/新能源情報分析網宋楠

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