電動大巴汽車電池熱管理控制系統的設計

劉文雷

摘 要：電池熱管理：解決電池在溫度過高或過低情況下熱失控、不能深度放電問題，提升電池整體性能。電動大巴汽車電池熱管理系統是通過外部設備來調節電池的工作溫度，使電池始終能在合適的溫度范圍內工作。磷酸鐵鋰電池工作環境一般是-20至65工作溫度。溫度較低時其容量衰減，功率性能下降;溫度較高時自放電風險增加，影響電池的可用容量，降低電池的使用壽命和效率。

關鍵詞：電動汽車電池熱管理控制系統;設計;效率

電動汽車的無（低）污染優點，使其成為當代汽車發展的主要方向。電動汽車從為動力系統提供能源的角度來分類.主要分為：純電動、混合動力和燃料電池汽車。

1 電動大巴汽車電池熱管理研究現狀

目前電動大巴汽車內的電池熱管理系統，根據傳熱介質的不同主要分為三大類：空氣冷卻、液體冷卻和相變材料冷卻。目前電動大巴空調主要以液態冷卻為主。針對6--12米電動大巴，水冷式電池熱管理系統制冷功率一般匹配4.5kw、6kw、8kw三種機型。為貼近電池安裝，根據電池布置位置不同，電池熱管理設備又分為頂置、底置、后置。電池熱管理系統通過管路系統和電池包相連接，在水泵的推動下通過防凍液將電池中的熱量帶出或者帶入。

2 電動大巴汽車電池熱管理控制系統的設計

2.1 電動大巴電池熱管理系統控制模式

控制模式分為：（1）BMS控制模式。（2）自動控制模式。

（1） BMS控制模式。BMS通過CAN通訊按照事先規定的通訊協議，發送控制指令給電池熱管理系統，電池熱管理系統接到CAN報文后解析指令得到工作模式：制冷/制熱/熱均衡及目標溫度后，啟動相應工作模式運行。根據電池熱管理系統出水溫度和目標溫度差值進行制冷或者制熱功率的調整。電池熱管理系統的溫度、工作狀態、系統壓力、制冷/制熱功率、故障等信息通過CAN通訊實時上報BMS系統。

（2）自動控制模式。 電池熱管理系統根據BMS發出的電池最高溫度、最低溫度信息、充電狀態、放電狀態等信息，自動判斷工作模式，制冷/制熱或熱均衡，然后啟動相應工作模式運行。同樣，電池熱管理系統的溫度、工作狀態、系統壓力、制冷/制熱功率、故障等信息通過CAN通訊實時上報BMS系統。

2.2 電池熱管理系統主要電氣部件控制設計

2.2.1 風機調速控制

風機控制采用PWM調速。風速的大小依據壓縮機排氣壓力的多少進行控制。

2.2.2 壓縮機頻率控制

壓縮機轉速通過CAN通訊控制調速，調速依據電池熱管理系統出水溫度和目標溫度差進行調速控制。

2.2.3 PTC功率調節控制

PTC功率調整通過CAN通訊控制，功率大小依據電池熱管理系統出水溫度水溫到67℃停止，水溫低于60℃加熱。

2.3 電池熱管理系統主要保護措施設計

2.3.1 系統高壓保護（見系統高壓圖）

高壓保護進入條件：壓縮機啟動2min后，檢測系統高壓連續10s大于2.5Mpa，停壓縮機、風機，報警。高壓保護退出條件：壓縮機停機后檢測系統高壓低于2.25Mpa，且壓縮機停機時間超過60s，系統重新進入制冷模式。如果在20min內連續3次高壓報警系統將強行關閉，處于報警待機模式。

2.3.2 系統低壓保護（見系統低壓圖）

低壓保護進入條件：壓縮機啟動2min后，檢測系統低壓連續10s小于0.05Mpa，停壓縮機、風機，報警。低壓保護退出條件：壓縮機停機后檢測系統高壓高于0.196Mpa，且壓縮機停機時間超過60s，系統重新進入制冷模式。如果在20min內連續3次低壓報警系統將強行關閉，處于報警待機模式。

2.3.3 系統排氣溫度保護（見排氣溫度圖）

排氣溫度保護進入條件：當壓縮機啟動2min后，排氣溫度傳感器連續10s檢測到壓縮機排氣溫度高于105度，停壓縮機、風機，報警。排氣溫度保護退出條件：壓縮機停機后檢測系統排氣溫度低于90℃，且壓縮機停機時間超過60s，系統重新進入制冷模式。如果在20min內連續3次排氣溫度報警系統將強行關閉，處于報警待機模式。

2.3.4 系統防凍結溫度保護（見防凍結圖）

防凍結溫度保護進入條件：當壓縮機啟動2min后，防凍結溫度傳感器連續10s檢測到冷媒側溫度低于-3℃，停壓縮機、風機，報警。防凍結溫度保護退出條件：壓縮機停機后檢測系統冷媒側溫度高于0℃，且壓縮機停機時間超過60s，系統重新進入制冷模式。如果在20min內連續3次防凍結溫度報警，系統將強行關閉，處于報警待機狀態。

2.3.5 高壓電源過壓保護（見高壓過壓圖）

高壓電源過壓保護進入條件：當高壓上電1min后，壓縮機檢測母線電壓連續10s檢測到電壓高于720VDC，停壓縮機、風機，報警。高壓電源過壓保護退出條件：壓縮機停機后檢測系統高壓電壓低于700VDC，且壓縮機停機時間超過60s，系統重新進入制冷模式。

2.3.6 高壓電源欠壓保護（見高壓欠壓圖）

高壓電源欠壓保護進入條件：當高壓上電1min后，壓縮機檢測

母線電壓連續10s檢測到電壓低于400VDC，停壓縮機、風機，報警。高壓電源欠壓保護退出條件：壓縮機停機后檢測系統高壓電壓高于420VDC，且壓縮機停機時間超過60s，系統重新進入制冷模式。

2.3.7 低壓電源過壓保護（見低壓過壓圖）

低壓電源過壓保護進入條件：當低壓上電1min后，控制器檢測低壓電壓連續10s檢測到電壓高于32VDC，停壓縮機/PTC、風機、水泵，報警。低壓電源過壓保護退出條件：壓縮機停機后控制器檢測系統低壓電壓低于28VDC，且壓縮機停機時間超過60s，系統重新進入原工作模式。

2.3.8 低壓電源欠壓保護（見低壓欠壓圖）

低壓電源欠壓保護進入條件：當低壓上電1min后，控制器檢測低壓電壓連續10s檢測到電壓低于18VDC，停壓縮機/PTC、風機、水泵，報警。低壓電源欠壓保護退出條件：壓縮機停機后控制器檢測系統低壓電壓高于22VDC，且壓縮機停機時間超過60s，系統重新進入原工作模式。

電動大巴汽車隨著市場的變化也在不斷的發展，電池熱管理系統控制也越來越復雜。現在BYD出口大巴已經用到兩臺甚至3臺電池熱管理系統同時給電池服務，對多臺電池熱管理系統需要進行主從控制，控制難度也增加了許多。電動大巴電池熱管理系統的控制將朝著溫度控制更精準、系統運行更節能、故障處理更高效、維修監測更便捷的方向發展。