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Honda e的熱管理策略與冷板設(shè)計(jì)

2020-04-15 23:32:16·  來(lái)源：知化汽車(chē)  
　
Honda e是本田第一個(gè)意義上的量產(chǎn)純電動(dòng)，小巧、有顏值、有質(zhì)感，面向歐洲市場(chǎng)，這款車(chē)推出的時(shí)間幾乎和大眾ID.3在同一個(gè)時(shí)期，依然不落下風(fēng)，很受歐洲人的青睞
Honda e是本田第一個(gè)意義上的量產(chǎn)純電動(dòng)，小巧、有顏值、有質(zhì)感，面向歐洲市場(chǎng)，這款車(chē)推出的時(shí)間幾乎和大眾ID.3在同一個(gè)時(shí)期，依然不落下風(fēng)，很受歐洲人的青睞，用二次元的語(yǔ)言說(shuō)就是“歐洲人很吃它的顏”。
35.5kWh的電量，200公里的續(xù)航，30分鐘內(nèi)充滿80%電量，妥妥的城市代步車(chē)，這些都是通過(guò)下面這個(gè)電池包來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
 
為了維持整車(chē)良好的性能，Honda e需要對(duì)車(chē)上的幾個(gè)主要電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)部件進(jìn)行溫度管理，讓每個(gè)部件都處在它最舒服的范圍，即所謂的熱管理設(shè)計(jì)。這幾個(gè)部件是：電池、DCDC/OBC、電機(jī)、電控（PCU）。這幾個(gè)部件所需要的溫度區(qū)間，以及在什么工況下需要進(jìn)行熱管理，如下表所示。
 
表中可以看出，電池的工作溫度區(qū)間最低，DCDC/OBC溫度區(qū)間稍高，電機(jī)電控的溫度最高，并且電池需要在所有場(chǎng)景下進(jìn)行溫度管理。識(shí)別這個(gè)溫度區(qū)間的高低很重要，它關(guān)系到如何來(lái)進(jìn)行水冷架構(gòu)，很明顯，假設(shè)這些部件在同一個(gè)回路，那么在冷卻時(shí)，冷卻液要先經(jīng)過(guò)電池，再流向DCDC/OBC，最后再流到PCU（電控），再流到電機(jī)，因?yàn)樵较蚝?，冷卻液的溫度越高。
根據(jù)溫度區(qū)間的高低，在劃分熱管理架構(gòu)時(shí)：電池、DCDC/OBC作為一個(gè)回路，PCU作為一個(gè)回路，電機(jī)作為一個(gè)回路。整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的熱管理架構(gòu)圖如下（看不懂直接PASS，后面會(huì)再細(xì)講，然后你再回頭來(lái)看這個(gè)總圖）：
 
我們重點(diǎn)來(lái)看下電池的熱管理設(shè)計(jì)，分為三部分，一是總體的策略，二是電池水冷板的設(shè)計(jì)，三是加熱策略的設(shè)計(jì)。
總體熱管理策略：
（1）為避免電池過(guò)加熱或是過(guò)冷卻，將采用Battery-Bypass模式，即水冷回路不經(jīng)過(guò)電池，這個(gè)模式通過(guò)三向閥EWV1開(kāi)，三向閥EWV2關(guān)閉來(lái)實(shí)現(xiàn)。
 
（2）如果對(duì)電池進(jìn)行，或是不用電加熱器來(lái)加熱電池的話，將采用Non-Bypass模式，此時(shí)閥1關(guān)閉，閥2也關(guān)閉，回路先流過(guò)電池，再流到DCDC和OBC。
 
（3）如果需要用電加熱器來(lái)對(duì)電池進(jìn)行加熱，那就會(huì)采用Radiator –Bypass模式，即繞過(guò)散熱器，此時(shí)閥1，閥2都關(guān)閉，電加熱器EWH開(kāi)啟。
 
這樣，根據(jù)電池的溫度和冷卻液的溫度（通過(guò)溫度傳感器CTS獲得）建立起的坐標(biāo)，如下，將電池的溫度區(qū)間劃分為5個(gè)，分別為區(qū) A/B/C/D/E/F。
 
A區(qū)：是電池最舒適的溫度區(qū)間，不需要冷卻或加熱，所以冷卻回路不經(jīng)過(guò)電池；
B區(qū)：冷卻液的溫度太高，會(huì)傷到電池（高于溫度上限），所以回路也要繞過(guò)電池；
C區(qū)：冷卻液的溫度太低，會(huì)讓電池的溫度低于下限，所以冷卻回路也要繞過(guò)電池；
D區(qū)：電池的溫度過(guò)高，需要冷卻，所以切換到Non-Bypass模式；
E區(qū)：電池的溫度過(guò)低，需要加熱，所以切換到Non-Bypass模式。F:加熱繞過(guò)散熱器，可轉(zhuǎn)向C/E區(qū)。
電池水冷板的設(shè)計(jì)
Honda e共有6個(gè)水冷板，布置在12個(gè)模組的底部，進(jìn)出水口設(shè)置在冷板的中間，進(jìn)出水管也布置在中間，相當(dāng)于整車(chē)的中英通道位置。這個(gè)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于水冷管路的結(jié)構(gòu)安全性高，缺點(diǎn)在于與主回路高壓在同一位置（上下），冷卻液泄漏、冷凝水的風(fēng)險(xiǎn)較高。
 
水冷管為口琴管式，里面共有18個(gè)流道，流道的作用在于增加水冷管的強(qiáng)度、增加管內(nèi)冷卻液的均溫性、增加管的可制造性；模組與水冷板之間設(shè)計(jì)有導(dǎo)熱墊，以提高電池與冷卻液之間的導(dǎo)熱率，整個(gè)模組與水冷板結(jié)構(gòu)的剖視圖如下：
 
 這個(gè)熱界面（模組底部與水冷板）面臨的主要挑戰(zhàn)在于：如何用最簡(jiǎn)單的方案，保證熱界面一直保持著良好的接觸；冷板裝配的公差。Honda e還是有不少的創(chuàng)新值借鑒，包括冷板的支撐彈簧、導(dǎo)熱墊的粘彈特性、冷板的橡膠支撐（考慮橡膠的熱特性、老化特性等），綜合起來(lái)，不斷優(yōu)化。
另一個(gè)需要處理的是保證每個(gè)冷板的流量和流速，為了達(dá)到此，本田對(duì)進(jìn)出不同位置水冷板的管道直徑進(jìn)行了差異化設(shè)計(jì)，如下表：
 
電池加熱策略
加熱的優(yōu)先與否取決于以下幾個(gè)方面：整車(chē)是否在充電（Plug in），是否預(yù)設(shè)了空調(diào)制暖，是否有遠(yuǎn)程加熱需求等，總體的策略如下表:
 
結(jié)合表來(lái)看：
（1）在低溫環(huán)境下，開(kāi)車(chē)前會(huì)對(duì)電池進(jìn)行預(yù)熱，這樣能夠提電池的輸出功率和電能，電池預(yù)熱后再進(jìn)行空調(diào)預(yù)加熱。
 
（2）低溫度下，充電，對(duì)電池的預(yù)熱與充電同時(shí)啟動(dòng)。該種情況有些車(chē)企業(yè)的策略是先利用電網(wǎng)的電對(duì)電芯進(jìn)行加熱。
 
（3）低溫度環(huán)境下，整車(chē)沒(méi)有處于充電即充電器沒(méi)有接入電網(wǎng)，此時(shí)，為了保護(hù)電池，會(huì)在電池降低至預(yù)定的溫度時(shí)自行啟動(dòng)加熱，當(dāng)電池溫度回升到一定的數(shù)值時(shí)，停止加熱，隨后如果電芯溫度再次降低到低點(diǎn)，再次啟動(dòng)加熱。
 
（4）低溫行駛會(huì)進(jìn)行邊行駛邊加熱，以提高電芯的輸出功率，電芯溫度達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，停止加熱，以節(jié)省電能。
 
從本田對(duì)Honda e這套熱管理系統(tǒng)的測(cè)試與實(shí)際使用來(lái)看，效果還是不錯(cuò)，例如在低溫下開(kāi)車(chē)前預(yù)加熱、和不預(yù)加熱兩種情況對(duì)比，采用預(yù)加熱的可以多出26%的續(xù)航里程。
在此之前，日企對(duì)電池的熱管理相對(duì)推崇自然冷卻或風(fēng)冷，更多強(qiáng)調(diào)電芯本體的安全，像豐田Prius、日產(chǎn)Leaf，但高比能電芯熱穩(wěn)定性差，水冷系統(tǒng)將是該類(lèi)電芯的必然選擇，本田是第一個(gè)嘗試電動(dòng)汽車(chē)水冷方案的日企。
 
 
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