【电池热管理】低温环境下车用锂电池预加热策略研究

为提高动力电池在低温环境下的能量效率，论文基于不同温度下的电池能量保持率并考虑温度对电池寿命的影响，优化了不同环境温度和不同SOC下电池的加热目标温度。利用基于台架试验数据所验证的整车系统模型进行仿真，在-15℃的环境温度下，电池组加热至优化的目标温度后，整车续航里程最大提高了8.41%，验证了所提的预加热策略能够明显提升电动车在低温环境下的续航里程。

低温环境下电动汽车里程衰减严重，而提升电动车低温续航的有效方法之一是将电池组加热至合适的目标温度。目前电池加热的研究主要集中在温升速率和加热对电池寿命的影响上，针对低温下电池加热对整车续航影响的研究较少，且并没有具体针对整车行驶里程进行加热策略优化的研究。

1. 整车动力系统建模：对整车动力系统进行合理简化，建立动力传递系统的数值计算模型。基于电池的电热耦合机理，热模型给电模型提供电池实时温度，电模型给热模型反馈当前温度对应的内阻和工作电流，完成电池组电热耦合建模分析。

（a）

（b）

图1 电池SOC-OCV曲线及不同温度和SOC下电直流内阻

2. 整车能量计算：首先，计算电池组的净能量，即电池组在当前SOC下所包含的总能量；其次，计算整车各子系统在特定工况下所消耗的能量，能量消耗子系统主要包括高压和低压系统，其中高压系统又可分为驱动系统和热泵空调（HVAC）系统；最后，基于建立的各子系统模型，计算特定工况下各子系统的能量消耗功率。

图2 电池低温能量和容量保持率曲线

(a) NEDC工况电机驱动功率曲线

(b) NEDC工况HVAC功率曲线

图3 特定工况在整车高压系统功率曲线

3. 电池包低温预加热策略优化：为避免电池组反复加热造成过多的加热能耗，根据当前温度和SOC下电池组可放电能量以及完成目标行驶里程所需能量对电池组的加热控制策略进行优化，以确定最优加热时机。当确定电池组需要加热时，优化其加热目标温度，让电池组放电效率最大。

图4 -15℃时预行驶里程-SOC-加热区间关系

1. 电池组加热有效性分析：基于加热目标温度优化的电池组加预热策略，对不同条件下（包括不同预行驶里程、不同SOC和不同初始温度）下的电池组进行加热，对比加热前后的可放电能量，证明了所提加热策略的有效性，加热后能够明显提高电池组的放电能量。

图5 电池包在不同预行驶里程下加热前后能量对比

2. 整车动力系统模型验证：通过对比电池系统模型计算的电池组端电压与整车BMS实测电压，在整个放电过程中模型电压与BMS实测电压轨迹吻合，证明了整车电池包模型是准确的。在-7℃和25℃两个环境温度时，对比测试工况下整车系统物理模型的续航和实车台架测试的续航。常温下模型和实车续航误差在3km以内，-7℃时模型和实车续航相差13.91km，整体误差小于2.4%，证明了整车系统模型的准确性。

(a) 电池组端电压对比

(b)整车续航里程对比

图6 NEDC工况下整车系统模型与台架测试结果对比

3. 不同温度下整车续航对比：模型仿真结果表明，在低于0℃低温环境工况下，在满足整车的制热需求时，基于优化的预加热策略能够有效提升整车在低温环境下的续航里程。

图7 -15℃时NEDC工况下续航里程对比

图8 -5℃时NEDC工况下续航里程对比

为提升电动汽车在低温环境下的的续航里程，论文提出了基于加热目标温度优化的电池组预加热策略，充分提高电池在低温环境下的能量效率，满足目标行驶里程需求。该研究具有重要的工程应用价值。

免责申明：本文来源网络，版权归原作者所有，因内容无法确认真正原始作者，故仅标明转载来源，具体发邮件至：