浅谈动力电池热管理——东风富康ES500简易版电池热管理原理分析

张 晶

（武汉市交通学校，湖北 武汉 430205）

随着当今社会的不断发展，纯电动汽车越来越多地出现在消费者的面前，电动车取代燃油车已成为必然。因此，电动汽车电池性能的增强和续驶里程的增加成为支撑整个行业持续发展，符合市场化需要的重要途径和必然趋势，对推进社会各行各业发展具有十分重要的意义。

东风富康ES500轿车是东风雪铁龙、东风标致品牌母公司--神龙汽车有限公司自主生产的一款纯电动汽车，该车于2018年11月正式上市，搭载了国产自主生产的三相永磁同步电机 （最大功率90 kW，峰值扭矩260 Nm）及两级减速器。匹配的高压动力电池是宁德时代公司生产的三元 （镍钴锰）锂电池，该电池总体标称电压为350.4 V（共含有192个电压为3.65 V的单体电池，连接方式是两两并联后串联），容量49 kWh，为车辆的动力驱动电机、空调压缩机、电子暖风加热器PTC等高压部件供电。

东风富康ES500轿车，采用了简易版电池热管理系统。在充电过程中，根据动力电池的温度状况，系统控制电池的升温或降温，使电池在理想的温度下进行充电，从而延长电池使用寿命，增加车辆续驶里程。下面介绍简易版电池热管理系统的部件作用及工作原理。

1 简易版电池热管理系统所涉及部件的位置与作用

东风富康ES500电动汽车简易版电池热管理系统所涉及的部件有：动力电池控制单元 （BMS）、电机控制单元（MCU）、电池温度控制器 （BCU）、空调控制电脑 （AC）、空调压缩机、电子暖风加热器 （PTC）、电子暖风水泵 （PTC水泵）、驱动电机电动水泵 （EWP）、空调电磁阀、空调电磁膨胀阀、暖风三通阀、电池冷却循环水泵、电池进水口温度传感器、冷凝器风扇和电池热交换装置，如图1所示。它们在车上的具体位置如图2所示。

简易版电池热管理中各部件的作用如下。

1）动力电池控制单元 （BMS）。BMS安装在动力电池的内部，不可单独更换。在电池热管理系统中主要作用有：①确认动力电池的快／慢充电情况；②确认动力电池内部温度信息；③电池降温时，控制动力电池给空调压缩机供电；④电池升温时，控制动力电池给电子暖风加热器 （PTC）供电。

2）电机控制器 （MCU）。MCU是车辆驱动电机的控制单元，也是全车车载网络H-CAN（高压系统网）和P-CAN（低压系统网）的网关。其控制车辆驱动电机的充／放电，安装在车载充电机下方，驱动电机上方，打开引机盖即可看到。在电池热管理系统中的主要作用是：①将BMS发出的电池升温／降温信息通过网络传递给空调控制电脑 （AC）和电池温度控制器 （BCU）；②命令驱动电机电动水泵 （EWP）给冷凝器风扇供电。

3）电池温度控制器 （BCU）。BCU安装在驾驶员座椅的下方。主要作用是：①接受BMS通过网络传递的电池升温／降温的命令，控制空调电磁阀和电磁膨胀阀的开／关；②接收电池进水口温度传感器的信息；③命令电池冷却循环水泵开启／关闭。

4）空调控制单元 （AC）。AC安装在空调面板后方。主要作用是：接受BMS通过网络传递的电池升温／降温的命令，控制空调压缩机或电子暖风加热器 （PTC）及电子暖风水泵（PTC水泵）工作。

图1 简易版电池热管理系统部件图

图2 简易版电池热管理系统部件位置图

5）电子暖风加热器 （PTC）和电子暖风水泵 （PTC水泵）。两部件安装在机舱左下部。在电池热管理系统中的作用是：PTC水泵接收空调电脑 （AC）的命令，PTC接收动力电池的高压电，加热PTC冷却液并使加热后的PTC冷却液循环。

6）驱动电机电动水泵 （EWP）。EWP安装在机舱左下部。在电池热管理系统中，主要作用是：接受MCU通过HCAN网络传递的命令，控制冷凝器风扇运转。

7）电池循环水泵。安装在车辆底盘上，前托架后方上部，动力电池前部。主要作用是：接受电池温度控制器（BCU）的控制命令，使电池冷却液循环。

8）热交换装置。安装在驱动电机后部。主要作用是：在电池升温／降温时，利用热传递原理，通过空调制冷剂（R134a）和PTC冷却液在该装置内对电池冷却液进行降温／升温，使动力电池在理想温度下充电。

9）空调电磁阀和空调电磁膨胀阀。前者安装在空调高压管路上，后者安装在热交换装置前部。在动力电池降温时，电池温度控制器 （BCU）命令空调电磁阀关闭，电磁膨胀阀开启，这样，制冷剂 （R134a）将进入热交换装置而不进入蒸发器。此时，在电池充电状态下优先保证电池降温，由于制冷剂无法经过蒸发器，所以座舱内无空调制冷。

10）暖风三通阀。安装在两级减速器后部，驱动电机左后部。在驱动电池升温时，电池温度控制器 （BCU）命令暖风三通阀变换位置，使原来流经暖风水箱的PTC冷却液转而流经热交换装置。此时，在电池充电状态下优先保证电池升温，由于PTC冷却液无法经过暖风水箱，所以座舱内无空调暖风。

11）电池进水口温度传感器。安装在电池冷却液进水管上，驱动电机后方。在热管理系统中的主要作用是：反馈电池冷却液进水口温度信息给电池温度控制器 （BCU），BCU根据此信息并结合电池内部温度信息控制电池升温／降温的开启与关闭。

12）空调压缩机。安装在机舱右下部。在电池热管理系统中，主要作用是：在驱动电池降温时，接受空调控制单元（AC）的启动命令，使制冷剂R134a在空调系统内进行循环，并在热交换装置内部对电池冷却液进行热传递，使之降温。

2 简易版电池热管理系统的工作原理

2.1 系统结构简图

简易版电池热管理系统的结构简图如图3所示。

图3 简易版电池热管理系统结构简图

在该系统结构图中共存在3个循环：①动力电池冷却液循环，见图3中绿色箭头；②PTC冷却液循环，见图3中红色箭头；③R134a空调制冷剂循环，见图3中蓝色箭头。

2.2 动力电池升温工作原理

动力电池升温电路原理如图4所示，图示说明见表1。

图4 动力电池升温电路原理简图

表1 动力电池升温电路原理简图图示说明

1）当动力电池最低温度低于15℃且平均温度低于17℃（快充时），或动力电池最低温度低于0℃且平均温度低于2℃（慢充时），系统控制动力电池开始升温。

2）电池温度控制器 （BCU）接收从动力电池控制单元（BMS）通过网络传递过来的制热请求信息，并将此信息传递给空调控制单元 （AC）。收到制热信息之后，BCU控制暖风三通阀关闭暖风水箱通道，打开热交换装置通道，并命令电池循环水泵开启工作；AC控制PTC水泵启动，并且发出要求电子暖风加热器 （PTC）启动的命令，动力电池组提供350.4 V高压电给PTC，PTC启动并加热PTC冷却液。同时，BCU还要通过电池进水口温度传感器监控电池进水口温度信息，防止电池升温过度。

3）电池升温时的PTC冷却液循环为：PTC水泵→热交换装置→三通阀→电子暖风加热器 （PTC）→PTC水泵；电池冷却液循环为：电池循环水泵→动力电池组 （动力电池控制单元）→热交换装置→电池循环水泵。在热交换装置内，温度高的PTC冷却液与电池冷却液进行热传递，对温度较低的电池冷却液进行升温。PTC冷却液水壶和电池冷却液水壶分别储存冷却液，并在循环过程中为系统提供充足的冷却液。PTC冷却液水壶和电池冷却液水壶如图5所示。

4）当电池进水口温度高于50℃，动力电池升温停止。电池温度控制器 （BCU）控制三通阀复位 （打开暖风水箱通道）。BCU将动力电池升温停止信息通过网络传递给空调控制单元 （AC）和电池控制单元 （BMS），AC收到信息后将发出关闭电子暖风加热器 （PTC）指令并关闭PTC冷却液泵，BMS停止给PTC输出高压电，加热停止。

图5 机舱各冷却液水壶位置图

5）当动力电池最低温度高于20℃且平均温度高于22℃（快充时），或动力电池最低温度高于5℃且平均温度高于7℃（慢充时），电池温度控制器 （BCU）命令电池冷却液泵停止工作，电池冷却液停止循环。

2.3 动力电池降温工作原理

动力电池降温电路原理如图6所示，图示说明见表2。

图6 动力电池降温电路原理简图

表2 动力电池降温电路原理简图图示说明

1）当动力电池最低温度高于32℃且平均温度高于30℃（快充时），或动力电池最低温度高于35℃且平均温度高于33℃ （慢充时），系统控制动力电池开始降温。

2）电池温度控制器 （BCU）接收从动力电池控制单元（BMS）通过网络传递过来的制冷请求信息，并将此信息传递给空调控制单元 （AC）。收到制冷信息之后，BCU控制空调电磁阀关闭、电磁膨胀阀打开，此时蒸发器通道关闭，热交换装置通道打开，并且BCU还命令电池循环水泵开启工作；AC发出要求空调压缩机启动的命令，动力电池组提供350.4 V高压电给空调压缩机，压缩机启动，同时电机控制器 （MCU）还要命令驱动电机电动水泵 （EWP）给冷凝器风扇供电。此外，BCU还要通过电池进水口温度传感器监控电池进水口温度信息，防止电池降温过度。

3）电池降温时的R134a制冷剂循环为：空调压缩机→冷凝器→电磁膨胀阀→热交换装置→空调压缩机；电池冷却液循环为：电池循环水泵→动力电池组 （动力电池控制单元）→热交换装置→电池循环水泵。在热交换装置内，低温的制冷剂R134a与电池冷却液进行热传递，带走电池冷却液的热量对其进行降温。电池冷却液水壶储存电池冷却液，在循环过程中为系统提供充足的冷却液。

4）当电池进水口温度低于15℃，动力电池降温停止。电池温度控制器 （BCU）控制空调电磁阀打开、电磁膨胀阀关闭，此时蒸发器通道打开，热交换装置通道关闭。BCU将动力电池降温停止信息通过网络传递给空调控制单元 （AC）和电池控制单元 （BMS），AC收到信息后将发出关闭空调压缩机指令，BMS停止给压缩机输出高压电，同时电机控制器（MCU）命令驱动电机电动水泵 （EWP）不再给冷凝器风扇供电。降温停止。

5）当动力电池最高温度低于28℃且平均温度低于26℃，电池温度控制器 （BCU）命令电池冷却液泵停止工作，电池冷却液停止循环。

3 结束语

简易版电池热管理系统只有在纯充电情况下才能对动力电池进行升／降温，在车辆正常行驶过程中，电池不进行热管理。电池温度控制器 （BCU）根据条件要求空调压缩机和电子暖风加热器 （PTC）自动工作，让电池在合适的温度下进行充电。充电时，驾驶舱内暂时不允许空调系统进行制冷或制热，BCU优先考虑充电时动力电池的升／降温。