我现在的一个任务,是建立技术的概览情况,在当前的电池系统方面,一个是电芯的发展、一个是电池热管理的方案已经成为非常直观的差异。因此我先做一个 简要的热管理专题,总体的把控一下热管理的设计目标和技术路线发展方向。确定整车的运行范围,电动汽车和往常并不相同,后续系统热管理方面 需要一定的范围和成本的限制。图1整车的设计考虑所以在整车层面,需要确认输入的有几个,总的来说车辆的Chief和动力总成的Chie f之间需要有个系统性的商议,然后把任务敲下来;质保和相关售后人员会根据历史记录把相关的内容也分配好。VTS关键需求都是转换的,把明 确的数值,类似百公里加速、最高速度、充电速度等做出数值性的目标确认。a.驱动系统额定输出功率、瞬时输出功率与电池的配对b.整车在不 同工作情况下,与环境耦合的差异,最为直观的就是在低温下的能量回收需求c.快充的设计目标,充电的功率和在不同温度下的整车变化需求车辆 层面,还需要提出一些细节的要求d.电池系统的质保目标,故障率e.电池系统在各个环境条件下(高低温)特性折损,主要是降额的目标也需要 一个细致的表格f.随使用时间和使用次数对于容量和功率特性的折损采购&生产g.目标成本,这是硬的指标h.品牌和车辆的电池热管理系统的 性价比i.在Pack组装阶段,带来的工艺复杂性评估j.相关供应商的储备情况想要做好这一套,不能怕麻烦,把各方面的内容收集好,没有输 入的,根据自身的经验先预估一个。别人没想起来之前不会说的,后面肯定要找你的。图2开发过程的需求传递而我们自身在设计开发过程中,从 电池系统来说大的热管理的目标有以下几个:a.保证电池温度的准确测量和监控:系统需要知道整个电池的运行温度的情况b.保证电池在最优的 工作温度范围内运行(冷却和散热)c.在低温下影响启动时能将电池预热到工作温度范围d.在高温而且功率需求的时候,制定有效的冷却策略和 功率输出的调整,保证动力系统功率输出的稳定性e.保证电池组温度场的均匀:模块内部电池之间的温差小于控制值f.有害气体产生时的有效通 风:电池组内排气设计,产生有害气体时能迅速将有害气体排出电池箱外,避免可燃和有毒的气体积聚如上所提的,可以具体分解成典型的输入使用 性能要求g.如大充电功率(1C、2C和3C)下电池包的快速充电性能h.低温环境中的温度上升情况(分析温度上升的速度和差异),分析P owermap的特性i.高温环境下的温度平衡的情况(分析温度上升和均衡的速度),分析高温的Powermap特性我大概考虑一个框 架,这里有几个重点,我仔细来谈一下:如果电芯企业肯定优先考虑电芯,在功率map和保护上采取过保护的策略,特别是在单体的热电分析上面 需要很长的时间才能真实的通过DOE确定较优的策略负责电芯、模组的DRE,也是优先考虑自身的利益,从保守角度出发。而这个事情确实牵涉 到底层部件、底层模型和其他部件和系统利益挂钩,如果没有一个透明的渠道给领导决策,最终的效果不会特别好,内部需要充分把信息做全,通过 一系列的实验获取数据,然后把各种边界尽量探索出来。热管理还是需要考虑最终客户和长期的利益平衡,在系统层面需要把长期、短期和可视和隐 藏的通过一系列的报告呈现给动力总成的Chief拍板。有一个很严肃的事情,对于电池的知识,特别是不同化学体系和不同形式的单体的知识 ,与整车的结合,是个很复杂的过程,消费者在车里对热管理效果不好是很直接的感受到空调不给力。而电池的热管理不到位,则是长期的隐藏的, 对企业而言也是需要后期花大量的精力去面对的。接前文,在拆解和对比的过程中,我们看到一个很有现实意义的内容,不同公司、不同设计、不同 的车辆所采取的设计思路和方案,我们可以在条线分明的基础方案中获取相关的数据,然后根据实际对标实验中同等数据获取里面关心的数值。一个 典型的案子,就是软包,我们可以根据软包的模组散热设计的不同方式来判断每个公司的取向。这里有一些逆向的成分在,主要是评估不同汽车公司 在不同电芯的化学体系下,对于热系统特性的要求并不相同。有几个非常重要的事实,我们需要把握住:a.汽车公司在之前建立产品需求,是建立 在很多年和很多代的产品迭代基础上,所以有着开始比较严格的需求,慢慢贴近实际的使用边界b.在现在假定很多的输入的时候,是缺乏机制的依 据的,有个典型的案例就是-电芯公司,倾向于在低温下尽量降低充电的电流,低温充电的电芯损伤机理直接与电池的保修有冲突,往往会采取很 极端的措施限制充电电流-在整个冬季,用户在使用快充的时候,往往是比较紧急补电,而温度的提升需要时间,这里往往需要足够的时间建立一 个平衡-我们的设计需求,往往需要平衡电芯的实际的能力(如果需要探测,需要大量的实验对比和时间)我们可以做个短期的决策,就是进一步 放宽这个低温充电数据;但是放宽之后的潜在的风险就很难预测,特别是长期的影响比较难评估,后续达成一致的意见也比较困难。在这个基础上, 我们需要一步步积累数据和实际的实物解剖关系,来了解电池在持续的过程中产生失效的历史数据,还要看别人家电池系统在车上的实际特性。以A VL对于电池系统对标的划分,在热特性的阈值对比上,大概分以下的内容a.特性:热管理方面6项b.使用体验:温度6项c.安全:热管理7 项d.工程需求分析:热管理2项图1AVL有关电池系统对标和系统分析的框架这个里面呢,就有文章可做了。主要的几点包括:a.在均一化 的条件下,通过实验和调研,来了解自身设定需求和目标是否合理。在电气化的时代,对系统的对标和数据分析提出了更高的要求,大量的设计参数 被隐藏在软件里面,同时我们也可以根据现有的结构配合特定的测试装备,来实现我们对于实际特性的测量-在热管理的实验里面,主要分为配置 各种温度传感器,建立V、I、T的关系,了解各个工作点起来的关键点。在之前的工作里面,和Thomas详细讨论过注入传感器和改造Pac k的方案,实施起来需要费心一些。装备也是一个很关键的事情图2热管理实验在对车辆的侵入实验,是一个很重要的部分如果在低温地区,集中 在充电桩上改造采集装置,读取CAN的系统数据,对于低温充电的速度收集会更快。我们的GB的协议有挺多的数据可以抓取的。如下图所示,在 获取相关Pack的基本启动的时序和通信数据以后,是可以对Pack进行启动的。我们之前对于Pack有两种办法进行:-破解分布式系统 的CAN传输数据-启动继电器进行闭合测试-植入基本的保护策略(设定相对保守的保护策略)图3均一化的非在线实验-我们本身设计 的时候,在电芯层面,需要做大量的第三方的实验,这里就特定的条件进行确认,一个是做不同地区的使用温度的统计分析(这里需要加权使用温度、温度漂移等偏差),还要分析评估同一地区温度分布的情况-最后就是在筛选出特定的点上,根据此电芯的特性,做大量DeepDive的加速实验分析,评估某些衰变的点,评估是热管理使用条件的损伤特性 |
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