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江淮iEVS4電驅(qū)動和動力鋰電池高溫散熱策略解析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年04月30日  

2019年上海車展,扣除補貼后售價12.95-15.95萬元的江淮iEVS4上市。4個版本的江淮iEVS4,分為402公里和470公里2個續(xù)航里程設定。


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。要特別關注的是,江淮iEVS4熱管理系統(tǒng),由電驅(qū)動熱管理系統(tǒng)和動力鋰電池熱管理系統(tǒng)組成,動力鋰電池熱管理包含高溫冷卻和低溫預熱系統(tǒng)。


本文承接《宋楠:江淮iEVS4電驅(qū)動和動力鋰電池熱管理技術狀態(tài)匯總》一文。


備注:本文僅對江淮iEVS4電動汽車高溫充電工況動力鋰電池熱管理策略解析。


1、開啟空調(diào)制冷模式江淮iEVS4動力鋰電池熱管理策略:


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。


環(huán)巢湖試駕出發(fā)時間為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。開啟駕駛艙空調(diào)制冷模式,江淮iEVS4前機艙蓋溫度甚至達到58.8攝氏度(12:30)。


筆者駕駛江淮iEVS4承載4人,并開啟駕駛艙空調(diào)制冷模,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。


江淮iEVS4人機交互系統(tǒng)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(qū)動電機電量輸出/回饋狀態(tài),以及制冷/制熱空調(diào)開啟后的電量消耗數(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,并不能用于日常駕駛所反映的綜合電耗水平。


基本上開啟駕駛艙空調(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動力艙內(nèi)各分系統(tǒng)細節(jié)特寫。


紅色箭頭:“2合1”驅(qū)動電機和DCDC總成


黃色箭頭:pDU


白色箭頭:OBC


藍色箭頭:動力鋰電池高溫散熱和低溫預熱循環(huán)系統(tǒng)水壺


綠色剪頭:“2合1”驅(qū)動電機控制器和DCDC總成、pDU、OBC和驅(qū)動電機散熱循環(huán)系統(tǒng)水壺


從iEV7S開始,江淮新能源就為引入了動力鋰電池液冷恒溫技術,為動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,在動力鋰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(yōu)化。


上圖為江淮iEVS4動力艙內(nèi),動力鋰電池熱管理系統(tǒng)的pTC、水冷板以及制動系統(tǒng)技術狀態(tài)特寫。


藍色箭頭: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的動力鋰電池熱管理系統(tǒng),由pTC模塊(制熱)和冷卻器模塊(制冷),通過管路和電子水泵串聯(lián)成一個完整的循環(huán)管路。


動力鋰電池低溫預熱模式:


冷卻液被電子水泵“壓”入通電后的pTC模塊進行加熱,經(jīng)過加熱后的冷卻液,再被“壓”入動力鋰電池總成內(nèi)部,通過管路對電芯進行預熱伺服。


動力鋰電池高溫散熱模式:


冷卻液被電子水泵“壓”入水冷板,與此同時電動空調(diào)壓縮機開啟運行,“冷量”經(jīng)過R134A(制冷劑)傳輸至水冷板。在來自空調(diào)系統(tǒng)的2組管路(R134A)和來動力鋰電池熱管理系統(tǒng)2組管路(冷卻液),都連接至水冷板并進行“冷交換”。經(jīng)過冷卻后的冷卻液再被“壓”入動力鋰電池總成內(nèi)部,對電芯進行高溫散熱伺服。


動力鋰電池高溫散熱和低溫預熱循環(huán)系統(tǒng)補液壺蓋,未標注管路內(nèi)部壓力。不過根據(jù)同類車型相同系統(tǒng)技術狀態(tài)研判,其壓力不會超過50kpA,屬于低壓范疇。


“2合1”驅(qū)動電機和DCDC總成、pDU、OBC和驅(qū)動電機散熱循環(huán)系統(tǒng)補液壺,壓力預計不會超過100kpA,但可以歸屬為高壓范疇。


上圖為“怠速”狀態(tài)、開啟駕駛艙空調(diào)制冷模式,組合儀表駕駛員一側(cè)(最外端)出風口(白色箭頭)溫度-8.6攝氏度。


上圖為江淮iEVS4動力艙內(nèi)諸多分系統(tǒng)熱成像信號變化特點。


白色箭頭:動力鋰電池高溫散熱和低溫預熱循環(huán)系統(tǒng)補液壺


通過熱成像儀,將溫度差異轉(zhuǎn)化為不同顏色比較的靜態(tài)圖像研判,開啟駕駛艙空調(diào)制冷模式的江淮iEVS4,電動壓縮機啟動及出現(xiàn)的“冷量”,通過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,江淮iEVS4的動力鋰電池電信溫度并未達到激活的預設閾值,而沒有啟動動力鋰電池高溫散熱系統(tǒng)。


動力鋰電池高溫散熱和低溫預熱循環(huán)系統(tǒng)補液壺溫度約為30攝氏度(紅色區(qū)域),沒有開啟動力鋰電池高溫散熱功能,僅在電子水泵用途下,進行自然循環(huán)降溫。藍色區(qū)域則是溫度降至14-17攝氏度的空調(diào)制冷管路,由于動力鋰電池電信溫度沒有達到預設閾值,而沒有開啟降溫功能。電動空調(diào)壓縮機出現(xiàn)的“冷量”,僅伺服駕駛艙空調(diào)制冷使用,沒有在水冷板與動力鋰電池高溫散熱和低溫預熱循環(huán)管路進行“冷交換”用于電池降溫。此時,江淮iEVS4采用動力鋰電池輸出的電量,至進行駕駛艙空調(diào)制冷,而沒有進行消耗更多電量的動力鋰電池高溫散熱伺服。


2、高溫環(huán)境江淮iEVS4充電工況動力鋰電池熱管理策略:


筆者試駕的江淮iEVS4電動汽車動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20公里的國家電網(wǎng)充電站進行高溫工況充電,并對其動力鋰電池熱管理策略進行評測。


室外溫度31攝氏度(17:00),開始為剩余續(xù)航里程181公里的江淮iEVS4進行快充(國家電網(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開始充電時,充電樁端顯示充電溫度為32攝氏度,江淮iEVS4動力鋰電池熱管理系統(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電動汽車動力鋰電池熱管理系統(tǒng)的高溫散熱功能激活。


江淮iEVS4的動力鋰電池熱管理系統(tǒng)的高溫散熱功能激活后,電動空調(diào)壓縮機開啟運行,出現(xiàn)的“冷量”經(jīng)過管路輸送至水冷板模塊(制冷),與連接動力鋰電池的管路(補液壺)進行“冷交換”。


最終結(jié)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)在一個循環(huán)管路的補液壺外表溫度為24.6攝氏度


上圖中藍色區(qū)域為制冷后的空調(diào)管路、水冷板模塊(制冷)及循環(huán)管路補液壺。紅色區(qū)域為pDU、DCDC等未進行高溫散熱伺服的電驅(qū)動模塊。


江淮iEVS4動力鋰電池熱管路系統(tǒng)高溫散熱功能激活后,2組電子扇高速運轉(zhuǎn)為冷凝器主動散熱。電動空調(diào)管路制冷后在熱成像中顯示為藍色(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。


上圖為在動力鋰電池熱管理系統(tǒng)高溫散熱系統(tǒng)激活時,補液壺內(nèi)部冷卻液進行循環(huán)特寫。


黃色箭頭:從動力鋰電池內(nèi)部流出、帶有電芯熱量的冷卻液“泵入”補液壺


上圖為江淮iEVS4的動力艙內(nèi)右側(cè)(駕駛員一側(cè))2合1”驅(qū)動電機和DCDC總成和OBC(充電機)等,充電時沒有制冷需求分系統(tǒng)熱輻射信號狀態(tài)特寫。


白色箭頭:2合1”驅(qū)動電機和DCDC總成外殼體溫度約為35攝氏度


藍色箭頭:制動總泵補液壺外殼體溫度約為38攝氏度


綠色箭頭:電驅(qū)動系統(tǒng)冷卻循環(huán)管路補液壺外殼體溫度約為40攝氏度


橘色箭頭:保險盒外殼體溫度為42.4攝氏度


江淮iEVS4的動力鋰電池熱管路系統(tǒng)的pTC模塊和水冷板模塊、以及相關管路和補液壺,都布置在動力艙左側(cè)(副駕駛員一側(cè))。驅(qū)動電機總成、2合1”驅(qū)動電機和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))。這種布局關于動力鋰電池熱管理系統(tǒng)開啟后,伺服目標分系統(tǒng)的“熱輻射”或“冷輻射”效能提升有所幫助。


筆者有話說:


筆者駕駛開啟駕駛艙空調(diào)制冷模式、滿載4人的江淮iEVS4行駛200公里并進行快速充電,電芯溫度從32攝氏度向33攝氏度提升時,動力鋰電池熱管理系統(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的動力鋰電池熱管理系統(tǒng)高溫散熱預設閾值為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。相對其他采用方形NCM電芯的車型,其動力鋰電池熱管理系統(tǒng)高溫散熱功能開啟閾值,多為36攝氏度或37攝氏度,明顯高于江淮iEVS4。


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