汽车|电动汽车电池箱底部加热试验分析( 二 )
本文插图
进行试验的某60 Ah 电池组由15 个锰酸锂电池单体串联而成 ， 进行实验的3 个模块排列在电池包内 ， 电池包底部安装好加热装置 ， 进行试验时电池完全密封置于温箱内 。 温度测试、充放电和加热元件的线缆通过通道与充电机等进行连接 。
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如图5所示 ， 进行试验的3个电池模块内部预选定9 个单体先安装好27 个温度传感器 ， 监测电池顶、中、下三个部位的温度 ， 另外安装测试温箱温度、加热丝温度的2 个传感器 ， 在-8 ℃、-10 ℃、-15 ℃ 和-20 ℃下进行底部加热实验 。
主要进行的实验包括：
（1）-20 ℃、-15 ℃、-10 ℃、-8 ℃底部加热试验；
（2）-20 ℃在有/ 无加热条件下的放电对比试验；
（3）-10 ℃、-20 ℃搅风加热试验 。
3.2 实验数据处理与结论
3.2.1 不同温度下底部加热的均匀性分析
-8 ℃和-10 ℃的加热试验时间为2 h ， 结束后关闭加热元件 ， 使内部温度场局部积聚的热量进行30 min左右的均衡；-15 ℃ 和-20 ℃ 的加热时间为2.5 h ， 均衡时间为30 min 。
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从表2 中可以看出 ， 不同温度下加热的速率差值较小 ， 温升速率基本都在9 ℃ /h 左右；随着环境温度的不断升高 ， 底部加热结束之后各单体之间的最高与最低温度之差不断缩小 ， 但单体内的温差变化很小（从8.1 ℃降低到7.6 ℃）；均衡的30 min 左右的时间能够降低单体内部和单体之间的温差 ， 因此建议在加热完成后车辆启动前预留30 min 左右的温度均衡时间 ， 对于改善电池箱内部温度场的一致性有益 。
3.2.2 不同温度下底部加热速率的分析
将加热过程中9 个单体的上中下3 个传感器的温度值取平均后进行统计得到表3 。
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对电池组在不同温度下进行加热的速率进行分析可以看出 ， 单体内部在加热过程中存在温度梯度 ， 底部传感器温升快于中部和顶部传感器 ， 这一温差在7 ℃左右 ， 会对电池充放电性能产生较大影响 。 表4 为不同温度下底部加热速率分析 。
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不同温度下加热的温升速率非常接近 ， 9 ℃ /h 的温升速率可以用于估计提前加热需要的时间 。
3.2.3 -10 ℃在加热过程中进行内部空气循环对加热均匀性的影响
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在电池箱的内部安装了3 枚24 V 的风扇 ， 与加热元件同时启动 ， 可以实现加热过程中内部空气的循环 ， 对温度场均匀性的对比如表5 所示 。
通过加热过程中搅风来进行内部空气的循环 ， 各单体的平均温度比没有搅风的高了0.2 ℃ ， 说明电池箱的密封性较好 ， 内部的空气循环没有造成热量的散失；单体温度的方差也小于没有搅风的情况 ， 说明单体温度一致性得到提高 。 另一方面 ， 单体内部自身的均匀性也得到提高（见图6） ， 单体顶部- 底部温差在搅风后平均降低了2.2 ℃ 。 因此利用风扇进行内部搅风 ， 无论是单体之间还是单体自身内部的均匀性都得到了明显的提高 。
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3.2.4 -20 ℃下有无底部预加热对电池组放电端电压的影响
电池组放电电流0.4C（24 A） ， 放电结束条件为模块电压≤ 42 V 或者单体最低电压≤ 2.8 V ， 对电池组电压和单体电压同时进行监控 ， 防止单体过放电 。 图7和图8 是预加热对电池组端电压的影响比较 。
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