解读北汽新能源EU5 R550核心技术之动力电池热管理策略

新能源情报分析网独家推出关于北汽新能源EU5 R550电动汽车的电驱动技术、液态恒温动力电池热管理技术(策略)、不同模式充电效率以及低温环境综合路况续航里程的深度技术评测组稿。

本文承接此前发布的《宋楠:解读北汽新能源EU5 R550核心技术之电驱动篇》一文。

2018年第四季度开启逐步向终端客户批量交付的北汽新能源EU5 R550车型,与早先上市的EU5_R500车型,在外观、内饰几乎没有差别。

北汽新能源EU5 R550扣除补贴后14.89万元起;NEDC续航里程460公里;快充0.5小时(慢充6.6小时)即可充满80%;驱动电机最大输出功率160千瓦、最大输出扭矩300牛米;整车长宽高4650x1820x1510mm、轴距2670mm;整车自重1.68吨;动力电池装载电量60.23度电。

在同级别车型中,EU5 R550综合效能(自重、体积、装载电池电量、动力电池热管理技术),与新进上市的广汽AION、吉利几何A以及比亚迪秦Pro EV相当。然而,EU5 R550适配的动力电池热管理技术(策略),起码超越了广汽AION电动汽车。

在2019年2月18日,北京室外最低温度依旧处于-5摄氏度,日间低温度也在4摄氏度左右。对经过一晚静置的北汽新能源EU5 R550电动汽车的前机盖、前保险杠、两前翼子板以及风挡玻璃,使用热成像仪记录表面温度数据。

由于光照原因,驾驶员一侧前机盖温度最大8.4摄氏度、前翼子板以及前保险杠额温度均处于5-7摄氏度。

上图为拆除了前置行李舱盖的EU5 R550电动汽车动力舱技术细节特写。此时车辆处于未启动状态。

红色箭头:电驱动系统循环管路补液壶

蓝色箭头:动力电池低温预热及驾驶舱空调制热循环管路补液壶

黄色箭头:动力电池高温散热循环管路补液壶

在未启动EU5 R550时,动力舱温度与室外温度几乎等同,有别与其他型号的电动汽车。

多增加的2组动力电池低温预热和高温散热循环管路,可以将温度控制的更精准,使得动力电池的电芯始终工作在15-27摄氏度的最佳温度区间。这种技术的引入,有力的保证EU5 R550在复杂环境下的续航里程和充放电效率,以及最重要的电池安全。

启动车辆后,随即开启驾驶舱空调制热模式。

温度设定在26摄氏度,出风模式为乘员面部,风量等级设定为2挡。这种温度和风量的设定,基本上可以保证最冷环境下驾驶舱温度舒适并与电动压缩机消耗的电量处于较为合适的平衡点。

上图为EU5 R550开启驾驶舱空调制热模式1分钟后,仪表台中央(左侧)出风口温度提升至46摄氏度。

上图为EU5 R550开启驾驶舱制热模式,前部动力舱内的动力电池低温预热循环系统被激活。内部的冷却液经过电子水泵施压,被推动至PTC(电加热模块)加热,并将热量带入驾驶舱。

上图为EU5 R550适配的动力电池低温预热及驾驶舱空调制热循环管路补液壶,内部冷却液开启运行的技术状态特写。

蓝色箭头:在电子水泵的驱动下,循环管路内部冷却液被PTC加热开启并开始循环“热交换”

红色箭头:冷却液经过PTC加热后至补液壶的“进水口”

黄色箭头:冷却液通过补液壶向PTC再循环的“出水口”

在上一篇稿件,《宋楠:解读北汽新能源EU5 R550核心技术组稿之电驱动篇》中笔者就详细介绍了EU5 R550电驱动技术。其中指出,北汽新能源EU5 R550首次适配了3组循环散热系统,其中两组为动力电池提供高温散热和低温预热恒温控制支持。

EU5 R550的动力电池采用的液冷恒温控制策略。在-25摄氏度至0摄氏度,动力电池低温预热功能自动开启。在充电模式(快慢充)下,动力电池温度低于0摄氏度时,外接电源首先为电池总成低温预热。在动力电池温度超过0或5摄氏度时,低温预热功能关闭并持续充电。EU5 R550适配的动力电池低温预热循环管路,与驾驶舱空调制热(PTC)循环管路“2合1”设定。

EU5 R550的空调制热工作模式:冷却液经过PTC加热后带有热量,并通过鼓风机将管路附带的热量吹向驾驶舱。

通过热成像仪,检测EU5 R550开启驾驶舱空调制热模式后,循环管路冷却液携带的热量走向、单位时间内温度的变化,即可判断出整车动力电池热管理策略的技术状态。

上图为EU5 R550动力电池低温预热、驾驶舱空调制热及动力电池高温散热,2组循环管路及功能模块结构简图。

动力电池低温预热和驾驶舱空调制热系统工作原理:

冷却液经过电子水泵施压,推送至PTC(水暖式电加热器)加热后,送入动力电池总成内部围绕电芯铺设的管路进行低温预热做工。经过1个“3通”阀体,也可以将经过PTC(水暖式电加热器)加热后的冷却液,送入另一组管路,并被设定在仪表台后鼓风机向驾驶舱吹送热风。完成“送热”后的冷却液温度降温后,再被送入补液壶,完成下一个循环。

动力电池低温预热和驾驶舱空调制热系统,既可以单独在一个“小循环”单独伺服,也可以开启“3通”阀体,并入一个大循环进行联合做工。

动力电池高温散热系统工作原理:

根据环境温度和车辆动力电池总成内部(电芯)温度综合判断,自行激活动力电池高温散热系统后,电动压缩启动并通过134A冷媒,将“冷量”传递至水冷板(板式换热器)。此时动力电池高温散热循环管路内部的冷却液,被电子水泵施压并推送至水冷板(板式换热器)进行“热交换”。载有“冷量”的冷却液,再经过管路至动力电池内部围绕电芯铺设的管路进行高温散热做工。

动力电池高温散热循环管路,要与电动空调压缩机(含134a冷媒管路)水冷板(板式换热器)及相关管路进行单独伺服,完成一个循环。

启动EU5 R550之后“怠速”状态时,动力电池低温预热系统并未开启(环境温度3摄氏度)。开启驾驶舱空调制热模式后,动力电池低温预热及空调制热循环管路内的冷却液被电子水泵施压,推送至PTC(水暖式电加热器)进行“热交换”。

红色箭头:e-Motion电驱动系统循环管路补液壶(表面)温度约为-7摄氏度

黄色箭头:动力电池高温散热循环管路补液壶(表面)温度约为-3摄氏度

白色箭头:动力电池低温预热及空调制热循环管路补液壶(表面)温度约为-1摄氏度

黑色箭头:正在“热交换”的PTC(水暖式电加热器)温度1.2摄氏度

开启驾驶舱空调制热模式1分钟后,EU5 R550动力舱内动力电池低温预热及驾驶舱空调制热管路补液壶(黑色箭头)内冷却液温度达到47摄氏度,白色箭头所指的PTC(水暖式电加热器)表面温度则达到48.8摄氏度。

处于“小循环”状态的驾驶舱空调制热循环管路内的冷却液,在1分钟内被PTC(水暖式电加热器)加热至47摄氏度,意味着单位时间EU5 R550的预热效率较高。而这一技术设定也依托总功率7.2千瓦PTC(水暖式电加热器)。

由上图可见,在动力电池低温预热及空调制热补液壶,PTC(水暖式电加热器)模块之间的2组(进出水管)管路呈现红色。这意味着携带热量的冷却液在进行“热交换”。

通过包裹隔热材料的管路,也在一定程度降低热损耗,以保证足够的热效率,间接的提到降低综合电耗,提升续航里程的技术设定。

红色箭头:e-Motion Drive超级电控系统循环管路补液壶(表面)问题提升至20摄氏度(约)

白色箭头;e-Motion Drive超级电控系统循环管路出水管路温度约为25摄氏度

此时,为了保持在驾驶舱温度处于预设定的26摄氏度,PTC(水暖式电加热器)模块仍然间歇性的运行。扣除在裸露在外的相关管路不可避免的热损耗,PTC(水暖式电加热器)温度保持在45-48摄氏度。

由于“怠速”状态下启动驾驶舱空调制热模式超过8分钟,原本闭环的动力电池低温预热及空调制热循环管路,在“3通”阀体的介入下开启一个通道,为e-Motion Drive超级电控系统进行预热。

运行10分钟,在专门伺服的电子水泵施压下,EU5 R550 e-Motion Drive超级电控系统上端的低压控制接口的温度达到20.9摄氏度,其他区域温度也处于9-20摄氏度。

利用动力电池低温预热和驾驶舱空调制热循环系统伺服期间产生的“余热”,将“3通”阀体原本设定的“1进1出”的模式变为“1进2出”。有效的利用维持驾驶舱温度产生的“过剩”热量,为电驱动系统进行预热。以便快速满足行车时处于正常温度范围。

笔者有话说:

在评测之前,笔者仅就EU5 R550适配3组循环系统的硬件状态进行目测分析。当EU5 R550开启,早上凉车第一次启动并开启驾驶舱空调制热模式,使用热成像仪观察并获取相关数据后发现,北汽新能源为这款车适配的热管理策略,不仅在硬件状态保证了足够的驱动效能,并在软件控制策略上本着“提升效率”的初衷,作出了独具特色的设定。

EU5 R550的动力电池及驾驶舱空调制热系统,具备2个温度状态运行模式。

高负载温度模式下,预设PTC(水暖式电加热器)温度可以为90摄氏度,以便快速提升动力电池温度,并在车辆行驶过程(启动驾驶舱空调制热模式)动力电池的电芯温度处于25-35摄氏度。

低负载温度模式下,预设PTC(水暖式电加热器)温度可以为40摄氏度,以便充电(交流和直流)时,快速预热电池总成内部的电芯温度处于25-35摄氏度。

实际上,EU5 R550适配的3组循环系统,既可以独立在小循环下有针对性伺服运行。也可以在不同需求下进行任意2组甚至3组大循环协同伺服运行。而这种,本着“提升效率”的控制策略,在本质上与特斯拉S/X/3有着极为相同的技术设定。

备注:北汽新能源EU5 R550适配的方形三元锂电芯构成的动力电池总成,与特斯拉S/X搭载松下18650型NCA电芯构成的动力电池完全不同。

未完待续,后续评测稿件将会对北汽新能源EU5 R550低温充电预热策略深度解析。

文/新能源情报分析网宋楠

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