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  • 動力電池?zé)峁芾碓O(shè)計的三個關(guān)鍵“需求”

    2018-04-10 11:49:33 平全文  點擊量: 評論 (0)
    電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計,是保障電池運行安全的決定性外在因素。也是提升電池系統(tǒng)壽命等性能指標(biāo)的關(guān)鍵所在。它直接關(guān)系到電池系統(tǒng)最終的成敗

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    電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計,是保障電池運行安全的決定性外在因素。也是提升電池系統(tǒng)壽命等性能指標(biāo)的關(guān)鍵所在。它直接關(guān)系到電池系統(tǒng)最終的成敗,可以一票否決設(shè)計成果。

    從熱設(shè)計過程來看,關(guān)聯(lián)元素很多,如同在支點上找平衡。最終的目標(biāo),技術(shù)實施的結(jié)果,就是保證系統(tǒng)內(nèi)所有化學(xué)電芯工作環(huán)境的“舒適性”、“均溫性”。做到這一點,眾多電芯的性能才能“齊頭并進”,發(fā)揮出最好的作用。

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    在車用動力電池系統(tǒng)早期的設(shè)計中,不乏以電池布置為主。打開箱體,滿滿當(dāng)當(dāng)?shù)亩际请姵兀瑹峁芾碓O(shè)計難覓蹤影或被弱化,沒有作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)對待。近些年,這種情況發(fā)生了根本變化,客戶對“縮小使用差距(和燃油車)”很迫切,從功率角度、環(huán)境適應(yīng)性,對電池系統(tǒng)提出了更高的要求,熱管理被賦予了新的使命。這就需要運用科學(xué)完整的開發(fā)流程,循序漸進,認(rèn)真對待每一個小環(huán)節(jié),讓熱設(shè)計滿足電池系統(tǒng)要求。

    基于V模型正向開發(fā)的入口:三個關(guān)鍵“需求”,想清楚才能做明白。

    其實,所有零件的設(shè)計都是基于“需求”的設(shè)計。但是這么多年的設(shè)計走過來,發(fā)現(xiàn)往往出問題的還是“需求”環(huán)節(jié)。有的問題在設(shè)計之初就是模糊或模棱兩可。其結(jié)果只能是事后打補丁,甚至可能推翻設(shè)計。付出很大代價。所以設(shè)計之初就要充分“想清楚”,后期的工作,才能“做明白”。

    1)關(guān)鍵需求之一:應(yīng)用“區(qū)域”說清楚,滿足環(huán)境要求是第一位的。

    從成本角度,不太贊成“全溫度”需求設(shè)計方案。電池的本征特性NCM、 NCA、 LFP鋰離子化學(xué)電池溫度適應(yīng)性很窄,也只能通過熱管理去調(diào)節(jié)其應(yīng)用范圍(如圖示)。但是,有一個問題,適應(yīng)環(huán)境越強,溫度調(diào)節(jié)范圍越大,技術(shù)和成本投入也就越大(在熱管理的硬件、軟件部分)。如何權(quán)衡這個問題?我列舉幾點:

    措施一,設(shè)計不同版本的熱管理。盡管我們在續(xù)駛里程方面,不遺余力的努力,但是大部分車輛,大部分客戶,還是把新能源車定義為中短途點對點的交通工具。運行范圍還是比燃油車小。例如,如果在南方地區(qū)應(yīng)用的物流車輛,覆蓋高寒地區(qū)需求設(shè)計,顯然是不合理,不經(jīng)濟的。時下“用戶精準(zhǔn)定位”,的設(shè)計也是一種發(fā)展趨勢。

    措施二,“告之客戶”:比如說,leaf 早期的版本,用戶手冊上有一條:“勿把車輛,置于49℃以上場所24h以上;置于-25℃以上場所7天以上”。任何產(chǎn)品,都是以滿足大多數(shù)客戶需求為目標(biāo)的。當(dāng)面對“少數(shù)”客戶,少數(shù)“情況”的時候。需要給客戶“講清楚”。也是合情合理的辦法。

    措施三,從根本入手,選擇電池類型。比如說LTO電池,低溫適應(yīng)可以提高一個數(shù)量級。在電量和能量密度要求不高的情況下,是可以嘗試應(yīng)用的。(這一點,不在本文討論)

    2)關(guān)鍵需求之二:電池系統(tǒng)功率邊界SOP,考驗熱管理溫度限值控制能力

    整車的正向設(shè)計,功率需求是非常重要的。決定著動力性能的優(yōu)劣。而電池系統(tǒng)的功率邊界,很大程度上取決于熱管理的限值控制能力。一般來講,第一步需要整車功率需求的導(dǎo)入。電池系統(tǒng)再行分解技術(shù)指標(biāo),選擇電芯,選擇熱管理模式等。當(dāng)然,電池系統(tǒng)也有鞭長莫及的時候。和整車的匹配曲線,也會不吻合的。這個時候,需要優(yōu)先考慮整車的安全性。

    3)關(guān)鍵需求之三:系統(tǒng)溫差設(shè)計目標(biāo),主要體現(xiàn)熱管理的均溫能力

    我一直認(rèn)為,這是熱管理設(shè)計的精髓所在。盡管熱管理高低溫的控溫能力,解決了電池的安全運行問題,但是,體現(xiàn)電池性能,壽命能力,是“系統(tǒng)均溫”能力說了算的。Tesla <2℃的系統(tǒng)溫差,除了說明他的熱管理能力強大,更關(guān)鍵的是 model S 、model X 15萬英里的行駛里程,大部車輛電池容量損失不到10%。這才是真理。

    均溫設(shè)計,更多的是從熱結(jié)構(gòu)、冷媒介質(zhì)、控制策略入手,是比較直接的環(huán)節(jié)。其實,還有一個重要的環(huán)節(jié)容易被忽略掉,哪就是“保溫”設(shè)計(結(jié)構(gòu)材料、控制策略)。保溫措施,是改變溫度變化斜率最有效的辦法。一方面讓高溫時熱管理降溫更快(降低外環(huán)境影響),一方面,讓環(huán)境低溫時,停駛的車輛降溫慢。這給用戶帶來了便利,也讓環(huán)境溫度略低于0℃的熱管理設(shè)計,變得簡化和容易。

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    責(zé)任編輯:繼電保護

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