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鋰電池在逐漸滲透,為何其事故概率遠(yuǎn)低于純電動(dòng)?

2019/11/27
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今天我們聊一個(gè)話題,隨著鋰電池在電氣化里面的滲透,48V、HEV 和 PHEV 都應(yīng)用了很多的鋰電池系統(tǒng),為何它們的事故概率從整體來(lái)看要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于純電動(dòng)汽車系統(tǒng)。

這里所引用的一份材料來(lái)自《高性價(jià)比的 48V 鋰電子電池?zé)峁芾砑夹g(shù)方案及其在混動(dòng)車上的應(yīng)用》,里面有一些東西是我們可以和純電動(dòng)比較的。

48V 系統(tǒng)的裕度

在這份報(bào)告里面,為了盡可能降低系統(tǒng)的成本,在 Pack 和 Pack 的熱管理方面盡可能使用最少的附加,所以在以下的系統(tǒng)框圖里面,作者試圖使用完全被動(dòng)管理的策略,主要通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)加熱+在 LFP 電池的許用充放電功率區(qū)間內(nèi),盡可能采用充放電自熱的方式加熱電池(48V 磷酸鐵鋰電池位于副駕駛座椅下方)。

系統(tǒng)框圖

所以雖然 48V 系統(tǒng)不需要圍繞電池的特性來(lái)設(shè)計(jì)考慮復(fù)雜的熱管理系統(tǒng),但是在考慮策略的時(shí)候,48V 電池也不是主角,車輛通過(guò) 48V 發(fā)電機(jī)和 48V 的 DC-DC 配 12V 電池可以完全滿足車輛原有的功能設(shè)計(jì),在考慮電池的時(shí)候,就很容易的遷就電池的需要。

在溫度很低的時(shí)候 -30 度時(shí),電池的充放電功率飛揚(yáng)有限

電池溫度升高到 0 度時(shí),可提供 7Kw 的放電功率和 3Kw 的充電功率;電池溫度進(jìn)一步升高到 30 度以上時(shí),充放電能力將達(dá)到最大值

48V 電池充放電功率限制

所以做這個(gè)設(shè)計(jì)里面最大的好處在于:

車輛啟動(dòng),如果 48V 電池?zé)o法充放電,則繼電器需保持?jǐn)嚅_(kāi),這也可以運(yùn)行;如果等到電池充放電能力得到恢復(fù)后,繼電器可以閉合把電池接到里面去。也正是因?yàn)槿绱?,在低溫情況,48V 電池的實(shí)際功率可以通過(guò)控制,限制功率的輸出,設(shè)計(jì)目標(biāo)可以容忍 48V 電池通過(guò)加熱手段一段時(shí)間內(nèi)使得充放電能力恢復(fù),在參考講演里面,需求設(shè)定的數(shù)據(jù)為一小時(shí)內(nèi)使其充放電能力恢復(fù)以支持混動(dòng)功能(如制動(dòng)能量回收,48V 電機(jī)啟停功能等),所以其實(shí)整個(gè)系統(tǒng)的余地比較大

48V 電池系統(tǒng)加熱的策略
所以在以上的前提下,文章分析了好幾種策略,包括:

繼電器處于斷開(kāi)狀態(tài),不用 48V 電池,讓它隨著電池自然發(fā)熱

繼電器閉合,盡可能約束電池的電流(通過(guò)控制發(fā)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn))

繼電器閉合,通過(guò)控制發(fā)電機(jī),使得電池在循環(huán)地被充電和放電,通過(guò)充放電實(shí)現(xiàn)電池升溫同時(shí)維持電池 SOC

?

這份報(bào)告的實(shí)車結(jié)果的數(shù)據(jù)可能不完整,選的幾個(gè)案例結(jié)果如下,其實(shí)可以看到電池本身在限制的功率范圍內(nèi)進(jìn)行充放電能有效的帶來(lái)溫升和功率的爬升

下面這個(gè)圖沒(méi)放完整,是在 33 分鐘的情況,這里在完全遵循放電功率來(lái)走

48V 電池充放電功率限制

HEV 的情況是和 48V 相似,PHEV 的電池更大整個(gè)許用的功率范圍更寬,余地更大。

BEV 的電池加熱的策略
我不知道對(duì)不對(duì),目前看下來(lái),純電動(dòng)車比較大的瓶頸就是越來(lái)越大的電池,和用戶期望在各種條件下的補(bǔ)電速度,特別是在低溫下面的直流充電速度,在這個(gè)里面,我們要克服好幾個(gè)問(wèn)題:

用戶需要的是和常溫下相比擬的充電時(shí)間

用各種不同的預(yù)熱的方法,都需要平衡溫差、溫升速度、許用功率和總體時(shí)間的矛盾

由于電池是唯一的動(dòng)力來(lái)源,還不能慫,一定的放電功率和能量回收還得有,電耗不能變化特別多

所以這個(gè)問(wèn)題就演變成了,為了在低溫的特定性能下(包括各家媒體都要去的冬季快充、冬季動(dòng)力性和冬季續(xù)航里程的數(shù)據(jù))不斷做平衡,雖然電池對(duì)于溫度的敏感性是很明顯的,但是整車用戶的需求更直接,兩者之間的平衡存在著很多的挑戰(zhàn)。很容易的,這里大傷小傷就隨之累積起來(lái)了(這里的溫差問(wèn)題,是不是考慮溫度最低的那顆電芯,這個(gè)是個(gè)很大的平衡點(diǎn),要等它起來(lái)需要時(shí)間)

在這張 Taycan 給出的軟包電芯的溫度、SOC 的充電功率譜里面,10 度 60%SOC 才 50kW 的許用充電功率,算一算才只有 0.5C 左右了。往下的 0 度,-10 度其實(shí)都沒(méi)給出來(lái),這個(gè)其實(shí)很保守的。

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筆者 朱玉龍,一名汽車行業(yè)的工程師,2008年入行,做的是讓人看不透的新能源汽車行業(yè)。我學(xué)的是測(cè)試和電路,從汽車電子硬件開(kāi)始起步,現(xiàn)在在做子系統(tǒng)和產(chǎn)品方面的工作。汽車產(chǎn)業(yè)雖然已經(jīng)被人視為夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè),不過(guò)我相信未來(lái)衣食住行中的行,汽車仍是實(shí)現(xiàn)個(gè)人自由的不二工具,愿在汽車電子電氣的工程方面耕耘和努力,更愿與同行和感興趣的朋友分享見(jiàn)解。