电动汽车热管理策略之电机余热利用
1、动力电池热管理策略
1.1、电池热管理与乘员舱舒适性的关系
1)同时冷却
空调系统无法同时满足乘员舱制冷与电池制冷需求？
控制策略：起始优先满足乘员舱制冷，当乘员舱温度低于某一阈值，减少舱内制冷分配，优先满足电池制冷。
2)同时加热
水暖PTC无法同时满足乘员舱采暖与电池加热需求？
控制策略：起始优先满足乘员舱加热，当乘员舱温度高于某一阈值，减少高温循环液分配，优先满足电池加热，频繁切换。
1.2、整车不同工况下的电池热管理策略
2、整车不同工况下的电池热管理策略
1）快充冷却策略
策略优劣衡量指标：压缩机耗电量（充电桩？是否＞60kw？）， 充电时长，电池寿命等
2)慢充冷却策略
策略优劣衡量指标：压缩机耗电量，充电时长，电池寿命等
3)行车冷却策略
策略优劣衡量指标：压缩机耗电量，电池寿命等
4)快充加热策略
策略优劣衡量指标：水暖PTC耗电量（充电桩），充电时长，电池温差，是否开启冷却等
考虑因素：加热温度阈值，起始SOC，SOH等
快充功率表
5)慢充加热策略
策略优劣衡量指标：压缩机耗电量，充电时长，电池包充入电量，电池寿命等
6)行车加热策略
策略优劣衡量指标：PTC耗电量，低温续航，电池放出电量等
7)故障处理机制
1.3、电池温差对热管理策略的影响及优化措施
1）加热过程中，电池温差远比冷却工况大，如何保证加热过程电池温差控制在一定范围内？
2）低温行车过程中，电池温差较大，会影响电池的可使用电量， 如何解决？
3、电池温差对热管理策略的影响及优化措施
3 优化措施
І. 策略上改善（补救）
Ⅱ. 冷却系统流道结构上改善（防范于未然）
并联管路各支路流量尽量均匀；
模组防冻液进出口温差尽可能小。
建议每个模组下两路冷却板，且流向相反。
1.3、电池温差对热管理策略的影响及优化措施
电池温度会影响电池的充放电容量、电压、 内阻及寿命等。
温差过大，导致电池的不一 致性增大，直接表现为电池充放电过程中的 容量不一致、电压不一致。
根据木桶理论，大大制约着实际可放出电量。
2、一维及三维耦合模型策略标定
2.1、耦合模型框架及逻辑
上一步时刻各电池参数影响下一步时刻各电池参数；
上一步时刻SOC及Current，安时积分决定下一时刻SOC；
下一步时刻电池温度Tmax/Tmin，由上一步时刻Tmax/Tmin及电池散热决定， 该过程主要由三维仿真确定；
下一步时刻Current由上一步时刻SOC及Tmax/Tmin查表确定；
电池各参数相互影响；
2、策略标定的重点及难点
1）快充冷却/加热策略标定难点：
模型中无法建立电池电压参数，高SOC时电流是由SOC及电压综合决定，该段SOC及电流如何计算？
温度预测的准确性？
冷却/加热停止时刻的电池温度变化？
2.2、策略标定的重点及难点
2)慢充冷却/加热策略标定难点：
压缩机/PTC耗电会分摊OBC输出功率，如何精准确定电池包充电功率？
因OBC输出功率恒定，所以充电电流是由电压决定，电压如何精准确定？
冷却/加热停止时刻的电池温度变化？
3）行车冷却/加热策略标定难点：
因行车过程输出功率突变，因电池内阻存在，模型中电流会出现偏差。
电流突变过程的电池温度精准预测？
冷却停止/加热时刻的电池温度变化？
4）模型的共性问题：
低温情况下，极化内阻增大，导致低温下的电压计算出现计算偏差。高温下的电池电压准确度较高。
模型中的温度取平均值，但实际上某些值的查表是以最高/最低温度为依据，出现偏差。
3、标定过程及环境温度的影响
标定结果：SOC随时间变化值，充放电电流随时间变化值，电池包 输出电压，电池温度，充放电时间，压缩机/PTC耗电量等。
标定过程：调试热管理策略各参数对上述参数的影响，择优选择。
环境因素的影响：外界高低温影响电池的散热影响，需根据试验值 或仿真值确定电池包与外界的换热系数h。
3、电机余热利用方案
3.1、方案的架构与逻辑
1、方案的架构与逻辑
背景：
寒冬条件下，电池低速行驶时的产热量不足于维持自身温度以致电池温度 缓缓下降，下降到触发加热阈值时，PTC加热电池开启，消耗电池电量，大大 降低续航里程。左图为某车型-20℃环境下NEDC工况各参数详图。
目的：
鉴于上述实际情况，考虑到寒冬时，电机仍产热，故考虑将电机的余热引 至电池，为电池加热，从而达到寒冬环境下降低PTC耗电量的目的。
应用场合：寒冷环境下，低速行车工况。
上图为常规的电池及电机冷却系统管路图，为相互完全独立的并联管路系统。
膨胀水壶同时为两系统补充防冻液。
系统改装后，行车过程中，当电池有加热需求并且电机的出口防冻液满足相应温度要求时， 四通阀将电池冷却系统与电机冷却系统串联，经过电机的防冻液得到升温，后进入电池包内部给电池加热。
电机内防冻液绕过电机散热器。
当电池没有加热需求时，四通阀实现电池系统管路及电机系统管路并联。
至于电机防冻液是否流经散热器，还需再讨论。
电池进口温度随时间变化图
余热利用可为电池加热的前提：
1.电机冷却液经外部管路循环后，温度有提升；
2.电机冷却液出口温度不低于电池冷却液入口温度。
以某项目NEDC工况为例，电机运行短时间后防冻液出口温度维持在16℃。
而加热停止后的电池冷却液温度迅速下降至-10℃。
可将电机冷却液引入电池，加热功率为0.3kw（电机发热量），若电池温度还持续下降，则PTC加热同时开启。
NEDC余热利用可省电0.3kw；
60km/h余热利用可省电0.6kw；
120km/h？
2、控制策略的重点及难点
低温环境下，车子启动时，若电池温度低于加热开启阈值，则PTC加热开启且电机冷却液引入电池。
车子运行时，且加热关闭。
当电池温度低于加热开启阈值时，加热请求开启，
此时：
①若电机出口温度低于电池温度，则PTC加热开启且电机冷却液引入电池。
②若电机出口温度高于电池温度，则引入电机冷却液为电池加热。
若：І、电池温度继续下降至加热开启阈值，则开启PTC加热。
Ⅱ、电池温度温度上升至加热关闭阈值，则关闭电机冷却液的引入。
备注：行车工况且加热停止时，电机冷却液出口温度高于电池入口温度。
声明：来源于驱动视界
