电动汽车电池热管理的参量特性实验研究

动力电池作为纯电动汽车的核心,其性能和循环寿命决定着车辆的使用性和成本。动力电池对温度的要求比较严苛,所以电池热管理系统对电池性能的影响十分敏感,并决定了电池的可靠性、持久性、稳定性和安全性。本文首研究了动力电池在液流换热结构下的温控规律与方法,并从电池参量的角度探索热管理系统(BTMS)对电池性能的影响特性,同时分析寻找电池的适宜热环境和工作状态,为电池热管理与电池管理(BMS)协同和性能优化奠定基础。首先,应对电池热管理实验过程分析立一种法快速确定电池初始SOC的方法,该方法从电量和能量角度出发,并结合开路电压测量,实现在线SOC确定。并给出折算库伦率的确定方法。随后,研究工作搭建了电池组热管理及其热、电参数测量的实验系统,其中主要包括充放/电系统、液流循环电池热管理系统和电参数量测系统等。利用LabVIEW平台,设计了软件测控系统,结合执行机构硬件装备,对实验进行适时测控和数据处理。通过程序控制,实验工况控制、数据测试实时性、同步性进一步提高,有利于动态和瞬态的及时测控。实验分析中,重点关注电池热管理换热结构的入口温度和循环工作介质液流量两个主要控制因素,研究热电特性、作用因素敏感性、时效性和可操控性等基本性能。实验研究工作中,本文分别在放电工况和充电工况下对电池组的性能进行了实验研究。实验运用了控制变量法分别对电池工作温度(10℃、30℃、45℃)、电池放电倍率(1C、1.5C、2C)和电池充电电流(10A、15A、20A)这几个典型热电参量设定了不同的工况条件参数,并由此来分析电池性能在电池热管理系统下的变化规律。在放电实验中,主要分析了温度和放电倍率对电池工作电压、SOC和发热功率的影响作用特性。由此得知,低温和高放电倍率会使电池的使用性能变差,而高温和低放电倍率却对电池电压的均衡性产生负面影响;温度影响着电池的能量利用率,温度变低使实际可用容量减小,放电结束后剩余能量增大。而放电倍率对电池的实际可用容量影响很小;在放电后期,电池的发热功率迅速增加,输出功率急剧下降,而总功率变化却不大。因此,在实际应用中当电池放电到后期时,我们应该时刻关注电池的输出功率的下降和温度的上升情况,避免电池的输出功率不足和温度过高,并及时采取措施。在充电实验中,主要分析了温度和充电电流对电池电压、充电时间和发热功率的影响作用特性。研究表明,高温和大充电电流使电池在整个充电过程中的总电压值升高,同时增加了电池的不均衡性。充电电流对电池充电过程中电压的影响比充电温度的影响要敏感的多;高温和大充电电流均能减少充电时间,但同时也会对电池造成损伤,在实际应用中要控制好电池的充电温度和充电电流,既要减少充电时间,又要减轻充电损伤。这就需要在实验中把握住效率最高的点,也需要在实际中考虑其综合效率;温度越高发热功率越小,而用大电流给电池充电时,电池的发热功率较大。