纯电动公交车动力电池组预热控制策略研究

纯电动公交车作为公共交通工具,具有节能减排的巨大潜力,已成为国家大力倡导的出行工具之一。而动力电池作为整车唯一的储能装置,在低温下工作时,放电效率、开路电压降低,内阻增加明显,使电池组容易达到放电截止电压,寿命衰减严重,这些原因势必会影响纯电动公交车在城市的应用。为此,本文在考虑电池组寿命衰减的基础上,制定了动力电池组变功率预热控制策略,实现了提高纯电动公交车低温条件下的续驶里程,降低电池组寿命衰减速率的目的。主要研究内容如下所述:1.本文选择26650磷酸铁锂电池作为研究对象,通过Chroma17011测试设备及自制恒温箱,测试了26650磷酸铁锂单体电池在不同温度下的特性参数,并在AMESimRev13软件平台上建立了电池单体模型,通过电池单体不同温度、倍率的试验与仿真,对电池单体模型进行了验证,进而确定了电池预热模型。2.为满足整车设计指标,本文根据纯电动公交车的整车参数,对驱动电机、动力电池组及PTC加热器进行匹配与选型,并通过搭建液体预热效率台架,测试了液体预热系统的效率。通过搭建整车模型,仿真验证其部件匹配的合理性,为电池组行车预热研究奠定整车仿真基础。3.为了寻求更适合于纯电动公交车的预热方法,本文搭建了液体预热及电加热膜预热的模型,通过在绝热条件及热损失条件下的仿真对比,验证了液体预热的优势。由此,本文选择液体预热方式。为了验证电池模组预热模型及热损失模型的准确性,本文通过低温保温试验及模组预热试验,测试了不同环境温度有、无保温膜对电池模组初始温度的影响,对电池模组热损失模型及电池模组预热模型进行了仿真与试验验证。本文对三种预热介质进行相同流量的仿真,验证了40%乙二醇与60%水溶液预热的优势。通过仿真分析了预热介质流量、PTC加热器功率对电池组温差的影响,为了降低温差,在预热功率不变的条件下,本文选择两个小功率的PTC加热器为电池组预热。4.在考虑预热温度均衡及预热效率的条件下,制定了变功率预热策略,整车通过增大变功率差比,可以提高温度均衡性。通过整车行车预热控制策略的优化,验证了变功率点温度的变化对整车纯电动续驶里程提高没有影响,但影响预热效率和温度均衡性,为了满足预热需求,将变功率点的温度优化为-2.5℃;预热截止温度的变化对纯电动续驶里程有明显影响,且在环境温度越低的条件下,其预热截止温度应越高。在-20℃时,预热截止温度优化为18℃比5℃提升了10.07%的纯电动续驶里程,当环境温度为5℃时,无需对电池组进行行车预热。5.基于建立的循环寿命模型,分析了不同预热模式及环境温度对电池寿命衰减的影响,得出在停车预热与行车预热结合的模式下,其电池组寿命衰减速率最低。且在两种模式结合的条件下,其预热控制策略需要提高预热截止温度。在考虑寿命衰减的预热控制策略中,当电池寿命衰减后,在-20℃条件下,为节约预热能耗,减缓电池寿命衰减速度,预热截止温度优化为18℃。6.针对本文提出的变功率预热策略,本文通过搭建电池包预热实验台,在电池包温度为-20℃和0℃条件下,通过电池包液体预热实验验证了优化后预热策略的合理性,为整车预热模型的行车预热模式提供了实验支撑。