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Model 3 基于加熱的快充電池熱管理策略

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年03月24日  

在我們說做不同的充電策略的時候,限制的因素重要有電池在不同溫度和不同SOC下的允許功率,因此在SuperChargingv3出來以后,再加入On-RouteBatteryWarmup功能之后,與我們傳統基于電池壽命+電池安全的熱管理策略有一些不同,這個應用的范圍和軟包&方殼電芯的差異,要我們仔細比對。


01


SuperCharging的充電


熱管理的策略Benchmark


在AVL的Benchmark報告里面,有以下的這個數據,我們可以看到Model3的充電功率提升是在電芯溫度達到26度以后,然后電池的溫度持續上升,達到49度,在前后這段時間電池冷卻系統開始啟動。從這個圖里面,我們可以Model3里面關于快充的功率是建立在較高的溫度提升上面的。


圖1Benchmark的拐點溫度


在BjørnNyland做了一些實驗種,我發現了一個更奇怪的事情,在持續的直流充電過程中,電芯在快充產熱,在一定的溫度范圍內之內,前后兩個電機的溫度不斷提升,不斷出現熱量加熱電池。如下圖所示,這個實驗是在Ionity的350kW的快充樁上做的,所以最高的Model3的功率可以達到近200kW,電芯的溫度一直在提升,到峰值的54度。


圖2充電樁(Max194kw)下的溫度情況


在這個過程里面,前后電機的轉子溫度、電池冷卻液的輸入溫度和電芯溫度一覽無余,大家看看這個策略。


圖3在電池溫度25度的時候,電機加熱一直開


而在監控中,最高的溫度達到了54.5度。特斯拉的溫度傳感器的布置和我們想的不太相同,所以這個溫度的差異是布置的均一性造成的,不是實際的溫度差異,在長模組里面,真實的溫度差異不會只有1度。所以某種意義上,在這個直流快充的邏輯設計里面,是容忍電芯達到相當高的溫度,然后在充電后期使用冷卻系統再把電池的溫度冷下來。


02


50kW充電也這么干?


整體的溫度提升


我覺得最最不可思議的事情,BjørnNyland在50kW做的實驗也到了一個驚人的相似,在50kW的直流快充樁上的功率、SOC和溫度的曲線描繪出來以后如下圖所示,把電池的溫度管理和我們常規的管理策略來看有非常大的差異,電池的溫度一直在被加熱到40°左右的時候才停止,雖然這個更低的許用功率已經能夠滿足50kW的需求。


圖450kW充電溫度也要提升那么高


前后電機的溫度如下圖所示,分別在90度和70度左右,這個是可以看到控制策略里面有意采取了加溫的措施,所以在SOC達到65%左右之前,電池的冷卻液(這時候該叫加熱液)的溫度比電芯的平均溫度來得高。


圖550kW的條件下前后電機繼續加熱


所以這么一來,特斯拉把整體快充的溫度就是放在了26度以上才開始加功率,在較低功率下也使用較高的溫度策略來充電,這個設計其實和我們之前在30-35度開始進行冷卻的想法是完全不相同的。溫度這個參量,在這里面有了更多的意義,只能從電芯的微觀層面去解釋了。


這個事情又要回到電芯層面了,在較高溫度下的快充,如何保證溫升在一定范圍內,但是要有安全性。


小結:通過ScanMyTesla這個軟件可以拿到不少的信息,真是從里面得軟件參數反推一些細思極恐的策略。不了解說啥好,肯定關于軟包和方殼的管理策略要重新思考。


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