江淮iEVS4电驱动和动力电池高温散热策略解析

2019年上海车展,扣除补贴后售价12.95-15.95万元的江淮iEVS4上市。4个版本的江淮iEVS4,分为402公里和470公里2个续航里程设定。

其中,综合续航里程470公里版本,搭载江淮华霆生产的66度电电池包,应用21700型NCA(镍钴铝)电芯。

四个版本,均匹配相同的最大输出功率110kW、最大输出扭矩330Nm的永磁同步电机。需要特别关注的是,江淮iEVS4热管理系统,由电驱动热管理系统和动力电池热管理系统组成,动力电池热管理包含高温冷却和低温预热系统。

本文承接《宋楠:江淮iEVS4电驱动和动力电池热管理技术状态汇总》一文。

备注:本文仅对江淮iEVS4电动汽车高温充电工况动力电池热管理策略解析。

1、开启空调制冷模式江淮iEVS4动力电池热管理策略:

驾驶江淮iEVS4环巢湖旅游大道一圈约154公里,加上出发与售车行驶距离,此次试驾总行程约200公里。环巢湖观光大道,全部为铺装路面,限速40-50公里/小时。

环巢湖试驾出发时间为11:30分、室外温度约为24摄氏度;至12:30分,室外温度接近28摄氏度。开启驾驶舱空调制冷模式,江淮iEVS4前机舱盖温度甚至达到58.8摄氏度(12:30)。

笔者驾驶江淮iEVS4承载4人,并开启驾驶舱空调制冷模,车速保持在40-50公里/小时,偶尔车速可以提升至60公里/小时。

江淮iEVS4人机交互系统的电耗显示项中,驾驶员可以读取瞬时百公里电耗、历史百公里电耗等信息,还可以清晰获取驱动电机电量输出/回馈状态,以及制冷/制热空调开启后的电量消耗数值。

白色箭头:室外温度24.5摄氏度;出风量3挡

黄色箭头:平均电耗17度电/百公里

红色箭头:空调(制冷和制热)模式分配的电耗数值

采用以测试目的的评测类驾驶习惯,这台江淮iEVS4显示的综合电耗17度电/百公里,并不能用于日常驾驶所反映的综合电耗水平。

基本上开启驾驶舱空调制冷模式后,江淮iEVS4的综合电耗基本维持在14-15度电/百公里的状态。

上图为江淮iEVS4动力舱内各分系统细节特写。

红色箭头:“2合1”驱动电机和DCDC总成

黄色箭头:PDU

白色箭头:OBC

蓝色箭头:动力电池高温散热和低温预热循环系统水壶

绿色剪头:“2合1”驱动电机控制器和DCDC总成、PDU、OBC和驱动电机散热循环系统水壶

从iEV7S开始,江淮新能源就为引入了动力电池液冷恒温技术,为动力电池适配了完善的热管理策略。至采用21700型NCA电芯的江淮iEV4S,在动力电池散热需求进一步降低的前提下,对热管理策略进行了优化。

上图为江淮iEVS4动力舱内,动力电池热管理系统的PTC、水冷板以及制动系统技术状态特写。

蓝色箭头:冷却器模块(制冷)

白色箭头:PTC模块(制热)

红色箭头:真空泵

绿色箭头:真空储气罐

黄色箭头:真空泵与真空储气罐之间的气管

江淮iEVS4的动力电池热管理系统,由PTC模块(制热)和冷却器模块(制冷),通过管路和电子水泵串联成一个完整的循环管路。

动力电池低温预热模式:

冷却液被电子水泵“压”入通电后的PTC模块进行加热,经过加热后的冷却液,再被“压”入动力电池总成内部,通过管路对电芯进行预热伺服。

动力电池高温散热模式:

冷却液被电子水泵“压”入水冷板,与此同时电动空调压缩机开启运行,“冷量”经过R134A(制冷剂)传输至水冷板。在来自空调系统的2组管路(R134A)和来动力电池热管理系统2组管路(冷却液),都连接至水冷板并进行“冷交换”。经过冷却后的冷却液再被“压”入动力电池总成内部,对电芯进行高温散热伺服。

动力电池高温散热和低温预热循环系统补液壶盖,未标注管路内部压力。不过根据同类车型相同系统技术状态研判,其压力不会超过50kPA,属于低压范畴。

“2合1”驱动电机和DCDC总成、PDU、OBC和驱动电机散热循环系统补液壶,压力预计不会超过100kPA,但可以归属为高压范畴。

上图为“怠速”状态、开启驾驶舱空调制冷模式,组合仪表驾驶员一侧(最外端)出风口(白色箭头)温度-8.6摄氏度。

上图为江淮iEVS4动力舱内诸多分系统热成像信号变化特征。

白色箭头:动力电池高温散热和低温预热循环系统补液壶

通过热成像仪,将温度差异转化为不同颜色对比的静态图像研判,开启驾驶舱空调制冷模式的江淮iEVS4,电动压缩机启动及产生的“冷量”,通过压力管路输送至防火墙的膨胀阀,并向驾驶舱输送“冷量”。同时,江淮iEVS4的动力电池电信温度并未达到激活的预设阈值,而没有启动动力电池高温散热系统。

动力电池高温散热和低温预热循环系统补液壶温度约为30摄氏度(红色区域),没有开启动力电池高温散热功能,仅在电子水泵作用下,进行自然循环降温。蓝色区域则是温度降至14-17摄氏度的空调制冷管路,由于动力电池电信温度没有达到预设阈值,而没有开启降温功能。电动空调压缩机产生的“冷量”,仅伺服驾驶舱空调制冷使用,没有在水冷板与动力电池高温散热和低温预热循环管路进行“冷交换”用于电池降温。此时,江淮iEVS4采用动力电池输出的电量,至进行驾驶舱空调制冷,而没有进行消耗更多电量的动力电池高温散热伺服。

2、高温环境江淮iEVS4充电工况动力电池热管理策略:

笔者试驾的江淮iEVS4电动汽车动力电池装载电量为66度电,续航里程470公里。围绕巢湖行驶一圈后,回到距离出发点20公里的国家电网充电站进行高温工况充电,并对其动力电池热管理策略进行评测。

室外温度31摄氏度(17:00),开始为剩余续航里程181公里的江淮iEVS4进行快充(国家电网60千瓦充电桩)。热车状态快充,起始充电电流49安,2分钟后充电电流提升至104安。

江淮iEVS4开始充电时,充电桩端显示充电温度为32摄氏度,江淮iEVS4动力电池热管理系统的高温散热功能未被激活。

充电1分钟、电芯温度升至33摄氏度、充电电流提升至113安,江淮iEVS4电动汽车动力电池热管理系统的高温散热功能激活。

江淮iEVS4的动力电池热管理系统的高温散热功能激活后,电动空调压缩机开启运行,产生的“冷量”经过管路输送至水冷板模块(制冷),与连接动力电池的管路(补液壶)进行“冷交换”。

最终结果是,温度降至24.6摄氏度(补液壶表面温度)冷却液,被电子水泵输送至动力电池总成内偏管,为21700型电芯散热伺服。

白色箭头:PTC模块(制热和水冷板模块(制冷)串联在一个循环管路的补液壶外表温度为24.6摄氏度

上图中蓝色区域为制冷后的空调管路、水冷板模块(制冷)及循环管路补液壶。红色区域为PDU、DCDC等未进行高温散热伺服的电驱动模块。

江淮iEVS4动力电池热管路系统高温散热功能激活后,2组电子扇高速运转为冷凝器主动散热。电动空调管路制冷后在热成像中显示为蓝色(低温)。白色箭头所指的水冷板模块(制冷)温度更低至25.7摄氏度。

上图为在动力电池热管理系统高温散热系统激活时,补液壶内部冷却液进行循环特写。

黄色箭头:从动力电池内部流出、带有电芯热量的冷却液“泵入”补液壶

上图为江淮iEVS4的动力舱内右侧(驾驶员一侧)2合1”驱动电机和DCDC总成和OBC(充电机)等,充电时没有制冷需求分系统热辐射信号状态特写。

白色箭头:2合1”驱动电机和DCDC总成外壳体温度约为35摄氏度

蓝色箭头:制动总泵补液壶外壳体温度约为38摄氏度

绿色箭头:电驱动系统冷却循环管路补液壶外壳体温度约为40摄氏度

橘色箭头:保险盒外壳体温度为42.4摄氏度

江淮iEVS4的动力电池热管路系统的PTC模块和水冷板模块、以及相关管路和补液壶,都布置在动力舱左侧(副驾驶员一侧)。驱动电机总成、2合1”驱动电机和DCDC总成和OBC,等只需要散热伺服的分系统及循环管路,都布置在中央和右侧(驾驶员一侧)。这种布局对于动力电池热管理系统开启后,伺服目标分系统的“热辐射”或“冷辐射”效能提升有所帮助。

笔者有话说:

笔者驾驶开启驾驶舱空调制冷模式、满载4人的江淮iEVS4行驶200公里并进行快速充电,电芯温度从32摄氏度向33摄氏度提升时,动力电池热管理系统高温散热功能激活。从SOC43%起始,充电10分钟,充电电流依旧保持在110安左右,电芯温度适中保持在33摄氏度。

单就江淮iEVS4的动力电池热管理系统高温散热预设阈值为33摄氏度看,厂家工程师对21700型电芯的温度控制策略更完善。相对其他采用方形NCM电芯的车型,其动力电池热管理系统高温散热功能开启阈值,多为36摄氏度或37摄氏度,明显高于江淮iEVS4。

文/新能源情报分析网宋楠

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