文章來(lái)源：東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，低碳經(jīng)濟(jì)隨之受到社會(huì)各界的高度關(guān)注，動(dòng)力電池技術(shù)為新能源汽車的重要組成之一，在新能源汽車中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。電池在低溫環(huán)境下使用的安全性、續(xù)航里程等成為各大主機(jī)廠新能源汽車的主要短板項(xiàng)。為解決這一問(wèn)題，新能源汽車電池的加熱系統(tǒng)技術(shù)被廣泛采納并應(yīng)用，但其研究成本高、周期長(zhǎng)，對(duì)于追求短期經(jīng)濟(jì)效益的廠家優(yōu)勢(shì)較小。采取熱管理設(shè)計(jì)的方法成本低、見效快、設(shè)計(jì)靈活，但需要占用車輛布置設(shè)計(jì)空間。

本文在國(guó)內(nèi)各類新能源電池加熱技術(shù)中，主要關(guān)注低溫環(huán)境下新能源汽車電池加熱技術(shù)，給出了新能源汽車電池引起的低溫行駛故障的有效解決方案，并為新能源汽車動(dòng)力電池的加熱技術(shù)提供一種有效的、安全的參考指導(dǎo)。

1基于液體循環(huán)系統(tǒng)的電池加熱設(shè)計(jì)

1.1加熱裝置

在新能源汽車布置允許的前提空間內(nèi)，通過(guò)在車輛原有液體循環(huán)路徑中串聯(lián)加裝小型燃油空調(diào)加熱系統(tǒng)，利用熱輻射加熱新能源汽車動(dòng)力電池的外部，從而改善動(dòng)力電池的低溫環(huán)境。整套輔助加熱系統(tǒng)主要由駕駛員控制裝置、供油裝置、加熱做功裝置、進(jìn)氣裝置、排氣裝置、熱量流通裝置組成，采用低成本燃油啟動(dòng)供熱，保障了動(dòng)力電池的使用環(huán)境溫度要求，具體裝置結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的技術(shù)研究，新能源汽車動(dòng)力電池的加熱方式有電熱板加熱、相變材料加熱、液體循環(huán)加熱、氣體循環(huán)加熱、交流加熱、充電加熱、放電加熱。根據(jù)查閱文獻(xiàn)研究對(duì)比可以知悉，不同的加熱方式效果參考對(duì)比如表1所示。

文章中采用外部加熱方式中液體循環(huán)加熱，該加熱方式在該車型中布置簡(jiǎn)易，使用安全，溫度均勻可控。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，外部加熱經(jīng)濟(jì)高效，為新能源汽車動(dòng)力電池加熱提供了較好的工程參考。

1.2加熱裝置工作原理

液體循環(huán)輔助加熱系統(tǒng)裝置基本原理如圖2所示。低溫加熱過(guò)程中具體的工作流程為新能源汽車在低溫環(huán)境下泊車后，若存在電池動(dòng)力特性引起的無(wú)法啟動(dòng)或者行駛故障，駕駛員可啟動(dòng)加熱做功裝置，通過(guò)供油裝置做功，帶動(dòng)液體循環(huán)熱量流通裝置在水泵間輔助循環(huán)，增加電池的局部溫度，維持動(dòng)力電池使用環(huán)境的溫度。該裝置串聯(lián)在車輛暖風(fēng)水泵中間，圖2中A、B為裝置液體熱量循環(huán)進(jìn)出口。當(dāng)達(dá)到車輛動(dòng)力電池需求溫度時(shí)，可通過(guò)駕駛控制裝置，關(guān)閉該裝置，并利用行駛過(guò)程中電池自身放電釋放的熱量保持溫度恒定，從而保障車輛的正常行駛，提高動(dòng)力電池的使用效能。

2試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1試驗(yàn)驗(yàn)證模型

按照某企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)搭建新能源整車環(huán)境模擬試驗(yàn)系統(tǒng)模型如圖3所示。檢查新能源汽車狀態(tài)，按照試驗(yàn)系統(tǒng)模型搭建試驗(yàn)臺(tái)架，并調(diào)試測(cè)試設(shè)備至標(biāo)定初始狀態(tài)，環(huán)境艙內(nèi)試驗(yàn)溫度設(shè)定區(qū)間為-20℃～0℃，電池正負(fù)極接線串聯(lián)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，主要用于充電量采集使用，車載續(xù)航里程同步采集。采用溫度傳感器分別采集環(huán)境及電池表面溫度，主要用于區(qū)分環(huán)境溫度下，電池使用啟動(dòng)條件及使用過(guò)程中電池自身溫度的變化。試驗(yàn)中可將駕駛員控制裝置接線接至數(shù)據(jù)電腦控制，以便展開環(huán)境艙內(nèi)溫度變化時(shí)無(wú)需人工現(xiàn)場(chǎng)操作。

2.2試驗(yàn)結(jié)果分析

按照某企業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)新能源汽車在低溫環(huán)境下是否使用加熱系統(tǒng)，記錄了不同加熱時(shí)間及溫度下的放電電壓、車輛續(xù)航里程，并做了對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖4—圖6所示。

由圖4可知，啟動(dòng)加熱系統(tǒng)時(shí)電池的電壓高于無(wú)加熱系統(tǒng)時(shí)，能較好地輸出電量，并隨著使用加熱時(shí)間的下降，能節(jié)約耗能，增加續(xù)航里程。

由圖5可知，新能源汽車電池底部溫度上升后，液體循環(huán)管路維持較高水平，利用該關(guān)系可將循環(huán)管路布置于接近電池底盤的位置，以便更好地控制溫度，提高能量利用率。

綜上所述，電池的放電電壓隨著加熱時(shí)間的增加而降低，啟動(dòng)加熱系統(tǒng)的電壓值高于無(wú)加熱系統(tǒng)的；在該車型布置輔助加熱系統(tǒng)后，電池受液體管路熱輻射加熱影響，電池的不同部位溫度不同，接近加熱系統(tǒng)的電池底部溫度明顯高于電池中部及上部溫度，且上部溫度加熱效果較差；車輛續(xù)航里程受環(huán)境溫度的影響較大，隨著環(huán)境溫度的降低，續(xù)航里程大幅降低，系統(tǒng)加熱后續(xù)航里程隨著溫度升高平均提升54.6%，對(duì)解決車輛低溫環(huán)境下的行駛故障問(wèn)題，有顯著的提升。

3結(jié)論

（1）文章用整車環(huán)境模擬方法，搭建了低溫環(huán)境系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架，通過(guò)新設(shè)計(jì)的動(dòng)力電池輔助加熱系統(tǒng)裝置，解決了低溫環(huán)境下新能源汽車行駛故障，及續(xù)航里程不足導(dǎo)致的車輛行駛故障問(wèn)題，對(duì)于新能源汽車低溫環(huán)境下的加熱技術(shù)，提供了一種安全有效的參考指導(dǎo)。

（2）根據(jù)整車環(huán)境模擬試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果可知，文章所設(shè)計(jì)輔助加熱系統(tǒng)，能有效提高新能源汽車在低溫環(huán)境下的續(xù)航里程，在-20℃以內(nèi)平均提升幅度為54.6%，有效解決了新能源汽車的低溫環(huán)境下續(xù)航不足導(dǎo)致的行駛故障問(wèn)題。