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      科技獎項

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      新能源汽車電池熱管理技術
       作者:站長 日期:2016-12-15 17:54:19 人氣:1475 標簽:科技獎項   

      新能源汽車電池熱管理技術|湖南省機械工業協會

      新能源汽車電池熱管理技術,湖南省機械工業協會

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      創新技術名稱
      新能源汽車電池熱管理技術
      該項技術所應用的產品
      江淮純電動轎車
      該項技術所獲榮譽
      該項技術詳細介紹

      新能源汽車電池熱管理技術

      一、技術創新方面 

      (一)項目背景

      1、國家戰略需要

      2017年3月1日,工信部、發改委、科技部、財政部四部委發布《促進汽車動力電池發展行動方案》,明確提出,2020年,動力電池系統的能量密度要大于260wh/kg,成本要小于1元/Wh,使用環境達到-30~55℃,充電倍率達到3C。

      2、行業及自身發展需要

          鋰離子電池的自身的溫度保持在20~30℃范圍內最佳,因此高效率成為電池熱管理系統的發展趨勢。按照效率來分,電池熱管理方案大體分為自然冷卻、強制風冷、液冷技術及冷媒直冷技術,其中自然冷卻設計最簡單,直冷技術方案設計最復雜、成本最高,目前在市場上并無成熟使用的案例。

      同時,截止2016年底,江淮純電動轎車累計產銷3.6萬輛,基本采用風冷系統,存在冷卻效率較低、系統溫差較大、動力電池的使用工況及使用壽命受到限制、空間利用率較低,車輛里程受到一定限值等缺點;在此情況下,為響應公司對新能源汽車”再造競爭優勢”的指示,落實江淮“有技術”方針,提高顧客滿意度,迫切需要液冷系統技術儲備,開發液冷動力電池。

      (二)項目目標和舉措

      1、項目目標

      液冷技術是電池熱管理系統的發展趨勢,國外Tesla、BMW i3、通用Volt等車型電池包已采用電池液冷技術,運行穩定、可靠。國內車企均在開發,但批量應用較少,在此情況下,我司擬開展液冷動力電池研發項目,實現以下目標:

      (1)液冷電池模塊達成各種失效模式下熱失控被動安全;單體熱失穩不會引起模組及電池包熱失控。

      (2)熱管理性能相對風冷系統大幅提升,在極端放電工況、高溫快充、高溫慢充、低溫加熱在方面設定提升目標:

      (3)完成整車空調與電池熱管理系統性能匹配與標定。

      (4)液冷系統數模凍結,具備下發開模通知函條件。

      (5)完成關鍵部件量產可行性評估及供應商選點。

      2、項目措施

      針對既定的開發目標,依據NAM流程,確立了提出熱管理系統設計概念方案發布-設計方案發布,A樣結構狀態和初始控制方案發布-熱管理控制策略和性能驗證試驗大綱發布-熱管理性能等確認-SOP的開發流程:

      熱管理系統設計概念方案發布:根據系統仿真分析及理論計算,充分對標標桿車型,完成熱管理系統概念方案設計,同時完成熱管理部件的選型;

      A樣結構狀態和初始控制方案發布:依托iEV7S整車空間架構,布置各熱管理部件的空間位置;依據動力電池內部結構,布置模組及液冷管路。根據動力電池的使用工況和性能及溫度需求發布初始控制方案;

      熱管理控制策略和性能驗證試驗大綱發布:根據整車試驗工況和前期開發積累的試驗經驗,學習德國大眾相關車型的驗證方式,發布性能驗證試驗大綱及熱管理控制策略。

      熱管理性能等確認:依據前期發布的試驗大綱,進行充分的試驗驗證及參數標定,直至確認各項性能滿足設計需求。

      SOP:完成各項性能確認;各項技術文件如:技術協議、三維數模、二維圖紙、數據確認函、開模通知函、EV試驗報告等凍結下發,完成SOP。

      (三)技術優勢及新技術運用效果

      1、技術優勢

      相比于上一代的風冷熱管理方式,雖然其技術復雜度與開發難度均有所提升,但是達成效果顯著,系統換熱效率大幅提升。換熱效率地提升能夠確保電池組的工作溫度區間由之前的0~55℃縮短到10~35℃,溫差由17℃縮小到5℃;有效地控制溫差、抑制溫升,對電池組的安全、壽命、充電性能都有極大程度地改善。與此同時,液冷系統與風冷系統相比,在電池包所占的體積更小,電池單體空間利用率更高,能夠實現電池組能量由29kwh提升至40kwh。

      液冷技術的具有三大核心優勢:

      第一,液冷電池組能夠確保100%的熱失控安全性,電池單體內短路不會造成電池組起火,保障人車安全。

      第二,電池工作在更適宜的溫度區間,電池組的壽命能夠提升6%,高低溫充電時間縮短1h。

      第三,液冷電池的體積比能量密度更高,整車續駛里程能夠突破260Km。

      2、技術實施效果

      (1)安全性

      通過優化液冷方案模組,涂覆集流板絕緣漆、添加保險絲、增強模組端板及正極絕熱墊片等措施,確保各種失效模式下熱失控被動安全;開發電池安全故障診斷策略,及時有效的識別和化解潛在安全失效風險,避免電池失火。開展100次模組熱失控安全試驗,全部通過。液冷電池模塊達成各種失效模式下熱失控被動安全,單體熱失穩不會引起模組及電池包熱失控。

      (2)熱性能

      熱管理性能相對風冷系統大幅提升,100%達成設計目標,表現在以下方面:

      1)極端放電工況

      目標:最高車速130km/h,環境溫度40℃,電池包起始溫度35±2℃,整車滿電放電至保護,電池包最高溫度由風冷65℃降低至45℃以內,溫差由10℃降低至5℃。

      實際:最高車速130km/h,環境溫度40℃,電池包起始溫度35℃,整車滿電放電至SOC4%,電池包最高溫度降低至45℃,溫差5℃。

      2)高溫快充工況

      目標:環境溫度為35±2℃,電池包最高溫度45℃,充電結束電池最高溫度控制在35℃以內,溫差控制在5℃以內,由于熱管理需求導致空調開啟時間由原來的4小時縮短至1小時。

      實際:環境溫度為36℃,電池包溫度40~42℃,充電結束電池最高溫度30℃,溫差0℃,空調開啟時間1小時。

      3)高溫慢充工況

      目標:環境溫度為35±2℃,電池包最高溫度45℃,充電結束電池最高溫度控制在35℃以內,溫差控制在5℃以內,由于熱管理需求導致空調開啟時間由原來的4小時縮短至30分鐘。

      實際:環境溫度為35℃,電池包溫度40~42℃,充電結束電池最高溫度30℃,溫差2℃,空調開啟時間21min。

      4)低溫加熱工況

      目標:環境溫度為-10℃,電池包溫度為-8±2℃,加熱速率由風冷系統15min溫升1℃提升至15min溫升7℃,溫差由17℃降低至5℃。

      實際:環境溫度為-15℃,電池包溫度為-10℃,加熱速率為10min溫升7℃,溫差5℃。

      (3)空調系統匹配

      完成整車空調與電池熱管理系統性能匹配與標定:車速最高車速130km/h,環境溫度40℃,電池包起始溫度35±2℃,整車滿電放電至保護,電池包最高溫度控制在45℃以內,溫差5℃,乘員艙制冷滿足Q/JQ8101.11,出風口平均溫度≤15℃。

      (4)NVH性能

      水泵按照最大占空比開啟,運轉噪音值測試值<39dB(A)。

      (5)氣密性

      完成電池包內部冷卻管路總成設計開發,針對液冷管21根,快插接頭46個,泄露風險大的風險。通過識別液冷管焊接質量、表面粗糙度等影響要素,實施快插插頭選型、側拉力測試和精度控制攻關,制定零部件進出廠測試標準;確認系統氣密性檢測標準為2.5bar,泄漏量0.5ml/min。

      (6)數據凍結

      通過電池包試制及整車裝配驗證,完成膨脹水壺、電池冷卻器、水加熱器、外部管路總成、模組總成、殼體總成、液冷管總成及快插管路8個部件數據凍結,具備下發開模通知函條件。

      (7)量產可行性確認

      完成電池冷卻器、水加熱器、模組總成、殼體總成、液冷管總成及快插管路6個主要部件量產可行性評估及供應商選點。

      歷經概念方案-加熱器更換及進出口位置調整-電池冷卻器更換-水泵位置調整-膨脹水壺設計優化,超過多達20多次的優化,確認液冷系統結構設計方案;通過2套電池包及4輛整車驗證,完成各部件裝配、總成裝配等工藝驗證,確認工藝可行;通過重點開展9項30多次專項試驗驗證,確定系統及部件性能滿足設計需求;通過在試驗開發過程中逐步優化控制策略和標定參數閥值,策略及軟件已發布;通過5輪CFD仿真分析,有效的指導了結構開發的正常進行,并對試驗驗證結果進行確認;通過溫度分布試驗及開展熱管理性能試驗,已確認高低溫冷卻性能符合設計要求。

      形成交付物89份,撰寫科技論文八篇:《動力轎車電池包液冷系統設計》(CN61-1394/TH 汽車實用技術);《一種電動汽車電池組箱體輕量化設計》(CN61-1394/TH 汽車實用技術)等;申請專利十三項:其中一種電動汽車動力電池液冷加熱裝置、一種電動汽車動力電池液冷板、一種液冷電池包裝置、一種液冷電池模塊結構設計、一種電池組防撞梁設計等已獲受理授權,其它項正在審核中。

       


      企業介紹

              安徽江淮汽車集團股份有限公司(簡稱江淮汽車或JAC),是一家集全系列商用車、乘用車及動力總成等研產銷和服務于一體的“先進節能汽車與新能源汽車并舉的綜合型汽車企業集團”。國家火炬計劃重點高新技術企業、國家級創新型企業。位居中國企業500強、中國百強工業企業。目前,包含江淮和安凱兩大整車品牌。
              2017年1-11月銷售47萬輛,其中純電動乘用車同比增長超66.35%,國際出口同比上升14.76%。
              公司現有主導產品包括:重、中、輕、微型卡車、多功能商用車、MPV、SUV、轎車、客車、專用底盤及變速箱、發動機、車橋等核心零部件。
              公司1990年開發出的填補國內空白的客車專用底盤,改寫了中國客車由貨車底盤改裝的歷史。江淮輕卡銷量位居國內第二,出口量連續十幾年位居行業同類產品第一。格爾發重卡在載貨車細分市場進入前三甲。瑞風商務車連續多年榮獲“年度最佳MPV”稱號;小型SUV形成優勢,瑞風S3蟬聯2015、2016小型SUV銷量冠軍;2017年4月19日,江淮汽車的旗艦SUV——瑞風S7開啟預售,24小時訂單破千臺;首款中高端技術座駕瑞風A60,開啟江淮汽車品牌向上之道;和悅A30打破中國拉力錦標賽18年記錄,成為CRC賽史上首個八連冠。作為我國新能源汽車產業的先行者,江淮汽車三大電、六小電技術日趨成熟,處于行業領先水平。江淮汽車的新能源業務涵蓋乘用車、輕型商用車、多功能商用車、客車等產品,走在了行業前列。自2009年起共9款自主研發的發動機榮獲“中國心”十佳發動機。自主研發的變速箱于2015年順利通過國家“863”專家組鑒定,品質達到國內領先、國際先進水平,也是中國品牌第一個批量市場化的濕式雙離合自動變速箱產品。
              公司堅持以客戶為中心,以誠信為基礎,專注為客戶創造價值,持續追求客戶滿意,目前累計用戶超510萬。公司現有國內2000多家一級經銷商、1600多家服務站、1000多家備件供應商;國外擁有近千家銷售網點及700余家服務網點。
              公司始終將質量視為企業生存發展之本,先后通過ISO9001質量管理體系,環境管理體系、職業健康管理體系、TS16949質量管理體系認證。因在質量管理領域的卓越成就,公司2010年榮膺中國質量管理領域最高獎項——全國質量獎,成為唯一獲得此獎項的中國品牌車企。2012年榮獲出口免驗企業,成功樹立國際知名品牌形象。
              江淮汽車擁有一支近5000人的高水平研發團隊;構筑了一主四輔研發體系,分別在意大利都靈、日本東京設立海外研發中心,國內擁有國家級企業技術中心、國家級工業設計中心。截至目前江淮汽車累計擁有授權專利10037件,其中發明專利授權1013件。擁有各類先進生產設備5200余臺/套,包括亞洲最大的6000噸壓力機、尖端技術的德國KUKA、瑞典ABB焊接機器人、德國數控加工中心、自動噴涂機器人等國際一流精大稀設備,從硬件上保證高品質的滿足市場需求。
              江淮汽車國際市場涵蓋南美、歐洲、非洲、中東、東南亞等130多個國家和地區,截至2016年底累計出口超45萬輛,位居行業第五位。其中,江淮輕卡已連續14年蟬聯行業出口第一;2014年成功與委內瑞拉簽訂6159輛重卡出口訂單,創下近年來中國重卡出口第一大單。
              江淮汽車全面踐行“敬客經營、質量為本、求真務實”的核心價值觀,矢志追求為全球客戶制造更好的產品,創建世界知名汽車品牌。用中國品牌,講中國故事,造江汽好車,譜江汽新篇。讓環境因我們的不斷進步而變得更加和諧,讓社會因我們的不懈努力而變得更加美好。

      新能源汽車電池熱管理技術|湖南省機械工業協會

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