為推動(dòng)電動(dòng)汽車關(guān)鍵共性技術(shù)發(fā)展，服務(wù)于成員單位技術(shù)研發(fā)需求，自成立以來(lái)，聯(lián)盟一直持續(xù)開展整車及關(guān)鍵零部件前沿、共性技術(shù)研究工作，形成了大批研究成果，推動(dòng)了電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步。2023聯(lián)盟共立項(xiàng)共性技術(shù)課題22項(xiàng)，為推動(dòng)課題交流和成果共享，聯(lián)盟將持續(xù)發(fā)布在研課題研究進(jìn)展和成果，最大化發(fā)揮課題研究?jī)r(jià)值。

新能源汽車電池1C-6C快充冷卻技術(shù)研究

新能源汽車電池1C~6C快充冷卻技術(shù)研究課題由上海海立新能源技術(shù)有限公司與上海海洋大學(xué)共同申報(bào)承擔(dān)，課題以60kWh電池包，在1C~6C快充下，SOC（荷電狀態(tài)）從20%~30%至70%~80%時(shí)發(fā)熱為例，為解決：1.隨著快充倍率的增加，電芯的瞬時(shí)發(fā)熱量過大，散熱困難問題；2.若制冷機(jī)組按照發(fā)熱量大小設(shè)計(jì)，則成本偏高，體積偏大，難以布置問題。同時(shí)借助仿真工具等手段，闡明電池包發(fā)熱量并不等于制冷機(jī)組的冷量，兩者之間的匹配必須考慮冷板傳熱量。

圖1 電池包不同倍率快充發(fā)熱量圖

2.2 電池包傳熱匹配

圖5 1C~6C快充冷卻系統(tǒng)總結(jié)圖

如圖5所示，1C~2C快充時(shí)通過調(diào)節(jié)預(yù)冷冷量、預(yù)冷時(shí)長(zhǎng)等參數(shù)可實(shí)現(xiàn)快充結(jié)束溫度不超Tmax；2C~4C快充時(shí)通過調(diào)節(jié)參數(shù)+調(diào)整制冷機(jī)組的結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度的控制；4C~6C快充時(shí)通過調(diào)節(jié)參數(shù)+調(diào)整制冷機(jī)組的結(jié)構(gòu)+優(yōu)化電芯的發(fā)熱量進(jìn)行溫度控制。

2.3 節(jié)點(diǎn)熱網(wǎng)絡(luò)法分析

2.3.1 網(wǎng)絡(luò)法電芯分層選擇依據(jù)

（一）單面冷卻（4000W機(jī)組）；電芯發(fā)熱4000W，系統(tǒng)運(yùn)行9000s穩(wěn)定后，水系統(tǒng)與電芯熱交換量分析；電芯分1~5層時(shí)，探究各個(gè)分層下最上層溫度、最下層溫度的差異情況（網(wǎng)絡(luò)法的敏感度探究）。

圖6 單面冷卻系統(tǒng)模型圖 

圖7 單面冷卻系統(tǒng)分層計(jì)算圖    

結(jié)論：1.不同分層后，冷板與電芯之間的換熱量并不相同，呈現(xiàn)為分層越多，冷板帶出熱量越多的趨勢(shì)；2.單面冷卻電芯網(wǎng)絡(luò)劃分四層即可滿足相應(yīng)精度。

（二）雙面冷卻（8000W機(jī)組）；電芯發(fā)熱8000W，系統(tǒng)運(yùn)行9000s穩(wěn)定后，水系統(tǒng)與電芯熱交換量分析；電芯分2~8層時(shí)，探究各個(gè)分層下中間層溫度、最上（下）層溫度的差異情況。

圖8 雙面冷卻系統(tǒng)模型圖 

圖9 雙面冷卻系統(tǒng)分層計(jì)算圖    

結(jié)論：1.與單面冷板相同，呈現(xiàn)分層越多，冷板帶出的熱量越多的趨勢(shì)；由相鄰分層冷板換熱量差值可得，雙面板熱量導(dǎo)出更穩(wěn)定；2.雙面冷卻電芯網(wǎng)絡(luò)劃分六層即可滿足相應(yīng)精度。

2.3.2 0.5C快充計(jì)算分析

圖10 34cc壓縮機(jī)數(shù)據(jù)圖 

圖11 24cc壓縮機(jī)數(shù)據(jù)圖    

如圖10、11對(duì)比可得，在電芯初溫35℃，電芯導(dǎo)熱系數(shù)10W/m*k，充電發(fā)熱1.35kw，放電發(fā)熱1kw、水溫范圍在15~30℃時(shí)，匹配不準(zhǔn)確的34cc壓縮機(jī)機(jī)組在低轉(zhuǎn)速仍出現(xiàn)由于冷卻水溫達(dá)到臨界值而反復(fù)啟停情況（圖9紅框標(biāo)記），反復(fù)啟停會(huì)導(dǎo)致能耗增加，減少壓縮機(jī)壽命等出現(xiàn)。而減小壓縮機(jī)排量，為電池包匹配正確的冷卻機(jī)組就可以有效的解決這一問題。

2.3.3 1C快充計(jì)算分析

圖12 34cc壓縮機(jī)數(shù)據(jù)圖

圖13 24cc壓縮機(jī)數(shù)據(jù)圖   

與0.5C相似，由圖12、13對(duì)比可得，在電芯初溫32℃，電芯導(dǎo)熱系數(shù)5W/m*k，充電發(fā)熱3kw，放電發(fā)熱1kw、水溫范圍在15~30℃時(shí)，匹配不準(zhǔn)確的34cc壓縮機(jī)機(jī)組在低轉(zhuǎn)速仍出現(xiàn)由于冷板傳熱能力弱而反復(fù)啟停情況。同樣減小壓縮機(jī)排量，為電池包匹配正確的冷卻機(jī)組就可以有效的解決這一問題。

2.3.4 2C+1C快充計(jì)算分析

圖14 2C+1C冷卻系統(tǒng)與數(shù)據(jù)圖

圖15 2C+1C快充24cc、34cc冷卻系統(tǒng)對(duì)比圖

如圖14、15所示，2C+1C快充采用“小機(jī)組+大Chiller”與“大機(jī)組+小Chiller”的對(duì)比方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。在同一電芯工況下，由于兩種系統(tǒng)的結(jié)果相差不大，則可以為相關(guān)廠商提供兩套不同的電池冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。但據(jù)實(shí)際調(diào)查得知，在計(jì)算費(fèi)用時(shí)，機(jī)組中的大型號(hào)壓縮機(jī)要比大Chiller造價(jià)高，所以從節(jié)約成本的角度分析，選擇“小機(jī)組+大Chiller”方案更優(yōu)。

2.3.5 6C+2C快充計(jì)算分析

圖16 6C+2C冷卻系統(tǒng)與數(shù)據(jù)圖

圖17 6C+2C快充34cc、50cc冷卻系統(tǒng)對(duì)比圖

如圖16、17所示，6C+2C快充采用34cc機(jī)組+預(yù)冷+較高轉(zhuǎn)速與50cc機(jī)組+最高轉(zhuǎn)速兩種情況進(jìn)行對(duì)比，得出：1.過快充前預(yù)冷能有效降低高倍率快充時(shí)溫升過快導(dǎo)致電池不受控的風(fēng)險(xiǎn)；2.采用預(yù)冷的方式解決了高倍率快充制冷機(jī)組成本高的短板。

03、下一步工作計(jì)劃

1. 電池包采用多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)法分層方式，探究最后冷板進(jìn)口第一列電芯最外層溫度與冷板出口第一列電芯最外層溫度溫差比較。

2. 計(jì)算分析不同倍率快充情況下，制冷系統(tǒng)的能耗問題。

3. 在低溫環(huán)境下進(jìn)行快充前預(yù)加熱，并探究電芯溫差等對(duì)快充的影響。