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PHEV過渡BEV里面中熱管理差異分析

電子設計 ? 2021-04-29 14:35 ? 次閱讀

本田從 Clarity PHEV(Clarity BEV 是一款試驗 BEV),到后續的 Honda e 的 BEV,間隔的時間差不多是兩年。這兩臺車在整車熱管理和電池系統的加熱和冷卻方面有大部分的繼承關系,也有好多地方的改進。備注:本田的工程師喜歡在 SAE 上發布技術文章,兩個主要內容來源為 2018 年的《Integrated Cooling System for Underfloor High Voltage Devices in PHEV》,2020 年的《Powertrain Thermal System Development for Small BEV》

01 兩款車總體熱管理相似的地方

如下圖所示,Clarity 和 Honda e 兩款車的布局都是采用電池地板化的布置,Clarity PHEV 是把 DCDC 集成在電池系統內,OBC 后置,PCU 和前部的引擎進行集成化布置;而 Honda e 是后驅方式,OBC 和 DCDC 是分離的,放在了前艙;PCU/Motor 部分后置。

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圖 1 Clarity 和 Honda e 的布置

從總體要求來看,兩款車的基本需求是沒有差異的,電池的目標溫度區間在 25-35°左右,其他功率電子的目標溫度在 55°左右。

表 1 PHEV 和 BEV 的主要部件熱管理需求

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而相應的相似的電池溫度和冷卻液溫度的管控區間,都可以分為五個區間。在高溫區,兩個系統是完全相似的,在低溫區由于 PHEV 有很大的優勢,就是電芯的工作模式可以根據發動機的特性來調整,所以低溫的時候加熱并不是一個很重要的討論范疇。而在 BEV 里面,在電池溫度低和冷卻液溫度同時低的時候,就需要很細致的采用電池加熱器,并且把加熱的回路控制在一個最小的范圍內,以保證有限的能量最大化利用。

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圖 2 本田定義的溫度管理(電池溫度和冷卻液溫度為變量)的區域

02 總體熱管理加出來的模式

因此在設計中,如下圖所示,整體的差異在這幾個方面:

1)PHEV 里面由于 DCDC 布置在電池系統內,DCDC 和 OBC 的管路是并聯的,然后和電池進行串聯;而在 BEV 里面,兩個上下布置直接就串在了一起;

2)BEV 里面比 PHEV 多了一個冷卻水路的閥,最主要的目的是在不同的低溫環境下,調節電池升溫的速度;

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圖 3 PHEV 和 BEV 整體熱管理的差異

在下面兩個表格里面,我們可以看到

1)PHEV 的電池工作模式比較簡單,最惡劣的兩種模式是在電池大功率輸出和 DCDC 工作的時候,整體的耗散功率也只有約 550W 的狀態;在慢沖狀態下,所以跳過電池冷卻就可以了,讓電芯自然升溫

2)BEV 的工作模式就比較復雜了,也同時借鑒了之前 PHEV 管控模式,在充電和工作模式下也是同樣采取把電池 Bypass 的做法;由于有了電池加熱的模式,通過 EMW2 和 EMW2 的控制,讓整個加熱回路最小化。

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圖 4 兩款車不同控制的模式

本田在 PHEV 里面基本沒怎么考慮電池的加熱,而在 BEV 里面分別考慮了:

1)預熱:車在出去之前,電池溫度開始快速加熱,這個是在有沒有充電條件下,系統啟動以后都立即進行的設計

2)充電加熱:在低溫充電下的快速加熱

3)停車加熱:這個很特殊的,如果把車長期停在寒冷的區域,這臺車能自己運行整個系統讓電池的溫度保持在一定的范圍內,這個是在插電狀態的設計 4)行車加熱:在行車過程中,電池通過兩種不同的模式加熱,這種一般分為快熱和慢熱

表 2不同模式的運行區分

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圖 5 電池在不同模式下的加熱

小結:在整車熱管理方面,其實純電動汽車提出了更高的要求,特別是在低溫環境適應性和大功率充電的條件下,我覺得一定是需要把 BEV 平臺和 PHEV 平臺在熱管理部件的規格上做一些區分,然后做整體的優化,很難兼容兩個需求差異比較大的東西。當然有一些部分是兼容和相似的,明天我們重點看一下本田的電池內部冷卻的細節設計。

編輯:hfy

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