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Model3基于加热的快充电池热管理策略

钜大LARGE  |  点击量:1877次  |  2020年01月16日  

【文/汽车电子设计朱玉龙】做不同的充电策略,不同温度和不同SOC下的允许功率也是不同的。


在SuperChargingv3出来以后,再加入“On-RouteBatteryWarmup”功能之后,与传统基于电池寿命+电池安全的热管理策略有一些不同,应用范围和软包&方壳电芯也存在差异,需要我们仔细比对。


01SuperCharging的充电



热管理的策略Benchmark


在AVL的Benchmark报告里面,有以下的这个数据,我们可以看到Model3的充电功率提升是在电芯温度达到26度以后,然后电池的温度持续上升,达到49度,在前后这段时间电池冷却系统开始启动。从这个图里面,我们可以Model3里面对于快充的功率是建立在较高的温度提升上面的。



图1Benchmark的拐点温度


在BjørnNyland做了一些实验,我发现了一个更奇怪的事情,在持续的直流充电过程中,电芯在快充产热,在一定的温度范围内之内,前后两个电机的温度不断提升,不断产生热量加热电池。


如下图所示,这个实验是在Ionity的350kW的快充桩上做的,所以最高的Model3的功率可以达到近200kW,电芯的温度一直在提升,到峰值的54度。



图2充电桩(Max194kw)下的温度情况


在这个过程里面,前后电机的转子温度、电池冷却液的输入温度和电芯温度一览无余,大家看看这个策略。


图3在电池温度25度的时候,电机加热一直开


而在监控中,最高的温度达到了54.5度。特斯拉的温度传感器的布置和我们想的不太一样,所以这个温度的差异是布置的均一性造成的,不是实际的温度差异,在长模组里面,真实的温度差异不会只有1度。所以某种意义上,在这个直流快充的逻辑设计里面,是容忍电芯达到相当高的温度,然后在充电后期使用冷却系统再把电池的温度冷下来。


0250kW充电也这么干?



整体的温度提升


我觉得最最不可思议的事情,BjørnNyland在50kW做的实验也到了一个惊人的相似,在50kW的直流快充桩上的功率、SOC和温度的曲线描绘出来以后如下图所示,把电池的温度管理和我们常规的管理策略来看有非常大的差异,电池的温度一直在被加热到40°左右的时候才停止,虽然这个更低的许用功率已经能够满足50kW的需求。


图450kW充电温度也要提升那么高


前后电机的温度如下图所示,分别在90度和70度左右,这个是可以看到控制策略里面有意采取了加温的措施,所以在SOC达到65%左右之前,电池的冷却液(这时候该叫加热液)的温度比电芯的平均温度来得高。



图550kW的条件下前后电机继续加热


所以这么一来,特斯拉把整体快充的温度就是放在了26度以上才开始加功率,在较低功率下也使用较高的温度策略来充电,这个设计其实和我们之前在30-35度开始进行冷却的想法是完全不一样的。温度这个参量,在这里面有了更多的意义,只能从电芯的微观层面去解释了。


这个事情又要回到电芯层面了,在较高温度下的快充,如何保证温升在一定范围内,但是要有安全性。


小结:通过ScanMyTesla这个软件可以拿到不少的信息,真是从里面的软件参数反推一些细思极恐的策略。不知道说啥好,肯定对于软包和方壳的管理策略要重新思考。


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