独家解析高温充电工况前途K50动力电池热管理策略

本文为新能源情报分析网原创稿件,独家披露前途K50(参数|图片)超级电动跑车,高温工况全负载行驶后,快速充电时动力电池热管理策略(高温散热)。

2010年,前途汽车开始对18650型电芯及电池总成进行了早期的研发探索。

2011年,前途汽车放弃方形铝壳电池装车测试。

2010-2013年,前途汽车与萨博(北美)展开合作,对萨博93进行技术研发和整车测试。

2013年,前途汽车展开基于软包电芯为基础的动力电池总成及控制策略的研发。

2014年,适配标准电池箱技术的K50原型车参加北京国际车展。

2015年,前途汽车自行研发和制造的标准电池箱体试验成功。

2015年之后,更完善的标准尺寸电池箱体,完全应用到前途K50超级电动汽车并通过检测。

2016年,前途汽车在北京分公司开始小批量试生产K50超级电动汽车。在接受了一些实验任务后,继续用于内部测试。

2017年,华特电池工厂,作为前途汽车唯一的动力电池系统提供者。

2017年12月,以华特电池工厂的自动化生产线为基础,第一个标准电池箱下线。所有产品供应给前途K50超级电动汽车。

2018年8月,前途K50超级电动跑车正式上市,搭载的前后异步感应电机最大输出功率280千瓦,最大输出扭矩580牛米;在Boost模式下前后永磁异步驱动电机最大输出功率提升至320千瓦、最大输出扭矩680牛米,百公里加速时间不到4.6秒,最高时速200公里/小时。

1、前途K50高温工况充电动力电池热管理系统评测准备工作:

在2019年6月早些时候,北京的室外温度处于25-29摄氏度。准备测试快充模式的前途K50动力电池热管理策略时,必须要让其搭载的有标准电池箱体构成的动力电池总成内部电芯温度超过其设定的阈值(温度点),才可激活热管理系统进行高温散热伺服。而这前期准备工作,就是在室外27摄氏度环境下,快速提升前途K50电池总成内部温度。

6月15日上午10:34分,室外温度为25摄氏度(黄色箭头),测试用前途K50动力电池SCO值为74%(红色箭头),“怠速”运行5分钟后并调节至SPORT模式。

与此同时驾驶舱空调制冷模式启动,温度设定在最低点(LOW),出风量为2挡。

从东6环(顺义外环)至京平高速出京方方向,全负载行驶(SPORT模式,并反复激活BOOST模式)。

从2014年,笔者开始关注前途K50超级电动跑车不同时期的不同技术状态(在过去的多次车展中以“长城华冠”ID参展)。笔者在2016年7月,驾驶前途K50的准量产车,进行场地试驾;2019年5月,笔者驾驶前途K50量产车,进行都市路况、长途高速路况的深度试驾。

前途K50留给笔者最深刻的印象就是一个字“硬”!全铝合金车身架构、碳纤维覆盖件,轻量化的同时,F1赛车类双A型摆臂,降低车身高度同时,将不同路况反馈的路感,毫无过滤的传递至驾驶舱。

SPORT挡、车速100公里/小时、驾驶舱空调制冷模式全开,室外温度30摄氏度工况,在京平高速行驶40公里(京平高速),为的是让前途K50动力电池热管理系统的高温散热模式激活。

1、前途K50高温工况充电动力电池热管理策略:

在京平高速出京方向服务区充电站,为前途K50进行快充。

在充电之前,室外温度32.2摄氏度,前途K50前部动力舱罩温度则达到61摄氏度。

上图为前途K50的前部动力舱各分系统细节特写(拆除掉防尘罩)。

红色箭头:“3合1”电驱动总成的电机控制模块

黄色箭头:PTC模块(制热)

白色箭头:“隐藏”下端的水冷板模块(制冷)

上图为前途K50前部动力舱下端的PTC模块(制热)、水冷板(制冷)、电子水泵(黄色箭头)、电动压缩机以及相关管路细节特写。

2010年-2013年,前途用3年时间首先舍去18650型电芯和方形电芯,选择软包电芯及标准电池组。并在随后的2014年,设定了前途K50超级电动跑车的诸多技术细节整车架构。

为了让软包电芯处于更舒适且安全的使用工况,标准电池箱体采用复合材料,并具备一定扭曲和拉伸的形变能力。并且,为标准电池箱体设定了完善的热管理策略,即高温散热系统(水冷板模块)和低温预热系统(PTC模块)串联在一个循环管路。

上图为早期的前途K50车身中后部设定的由标准电池箱体和热管理系统构成的电池总成技术状态特写。

橘色的管路为高压线缆、红色的管路为PTC模块串联的低温预热管路、蓝色的管路为水冷板模块串联的高温散热管路。前途K50整车搭载的标准电池箱体,全部搁置在铝合金车身平台之上。与特斯拉S/X/3电动车,将18650型或21700型电芯及模组,“封闭”在车身焊接最底部。

上图为前途K50中后部电驱动系统特写(防尘罩被拆除)。

蓝色箭头:PDU总成

红色箭头:保险盒

绿色箭头:后驱动电机控制模块

黄色箭头:装配在量产车的新状态标准电池箱体

白色箭头:动力电池热管路系统循环管路补液壶(高温散热与低温预热管路串联)

紫色箭头:前后“3合1”电驱动总成、PDU和OBC等高压用电系统共用的高温散热循环管路补液壶

上图为前途K50中后部动力舱内各分系统热成像信号特写。

后置“3合1”电驱动总成的驱动电机模块外壳体温度为46.6摄氏度(最高点);将中后部动力舱与驾驶舱分割的隔板温度最低为28.8摄氏度;动力电池热管理系统循环管路补液壶和电驱动系统循环管路补液壶的温度约在30-35摄氏度范围。

从SOC64%充电,起始电流(充电29秒时)118.7安。

SOC64%、充电25秒,前途K50适配的软包电芯温度为29摄氏度。

在电芯温度从29摄氏度升至30摄氏度,前途K50动力电池循环管路补液壶温度保持在32摄氏度(红色箭头),内部冷却液在电子水泵“施压”下始终进行循环。

充电至2分21秒、SOC66%,电芯温度仍然保持在30摄氏度。

此时,前途K50的动力电池热管理系统循环管路处于循环状态,但是温度并未进行明显降低,温度在32-33摄氏度徘徊。

红色箭头:补液壶内高位水管“泵出”冷却液至低位水管

充电至10分58秒、SOC74%、充电电流119安(未显示)、电芯温度保持在31摄氏度。

上图为笔者从前途K50中后部动力舱(驾驶员一侧)拍摄,动力电池热管路循环管路补液壶和电驱动系统循环管路补液壶状态特写。

低位的动力电池热管理系统循环管路补液壶内冷却液呈散热伺服状态;

高位的电驱动系统循环管路补液壶内冷却液呈停滞状态;

动力电池热管理系统循环管路内冷却液进行“冷交换”,将电芯在充电过程中产生的热量带出;串联在电驱动循环管路中的OBC,在进行快速充电过程中,产生的热量并未超过预设“阈值”,而激活散热系统。

充电至23分、SOC86%、充电电流降至65安、电芯温度升至33摄氏度。

上图为热成像仪拍摄到前途K50动力电池热管理系统循环管路补液壶及管路温度变化状态。

环境温度(中后部动力舱)最高点温度为43.3摄氏度;最低点(PDU)温度28.9摄氏度;动力电池热管理系统循环管路补液壶温度为31.2摄氏度。

笔者驾驶前途K50,以SPORT模式+驾驶舱空调制冷(LOW)模式全负载行驶后进行快速充电测试,动力电池热管理管路在电子水泵作用下冷却液进行循环。但是,电芯温度从29摄氏度提升至33摄氏度,并且充电电流从118安降至65安全过程中,前途K50动力电池热管理系统并未激活高温散热模式。

换句话说,在室外温度30摄氏度、电芯温度33摄氏度时,前途K50动力电池热管理系统仅进行自然循环散热伺服,而没有激活水冷板模块,进行高温散热伺服。

笔者有话说:

在过去2个月,笔者完成了对前途K50超级电动跑车进行了车身轻量化、电驱动系统、软包电芯和标准电池箱体、动力电池热管理策略的一系列密集评测。

留给笔者印象最深刻的恐怕就是标准电池箱体和动力电池总成热管理策略。在各种极限工况下,前途K50的动力电池总成热管理系统,以较“温和”的状态运行。快速充电过程中,电芯温度升至33摄氏度都没有激活高温散热系统,仅开启自然散热模式,就可以应对电芯温度的波动,并将整套电池系统掌控在温度适宜的范围。

对于性能为牵引的超级电动跑车,前途K50从电芯选择、电驱动技术集成以及车型平台和轻量化层面,进行卓越的整合与平衡。这一技术表现,也将出现在即将上市的前途K20及其他型号的电动汽车上。

文/新能源情报分析网宋楠

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