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续航|比亚迪 | 电动汽车低温续航里程研究


来源 |《电动汽车低温续航里程研究》
来源 |电动学堂
前言
本文分析环境温度对电动汽车电池容量、行驶阻力、附加能耗的影响 ， 并在此基础上建立电动汽车低温续航里程的计算模型 ， 对电动汽车的低温续航里程进行评估 。
1 电动汽车低温续航里程的影响因素
电动汽车低温车续航里程取决于电池电量和车辆能耗两方面因素 。 其中 ， 电池电量主要受电池充放电特性、电池标称电量影响 ， 而车辆能耗主要受行驶阻力变化、附件能耗变化影响 。
本文分别对电池充放电特性、附件能耗和行驶阻力变化等方面进行分析 ， 进而确定电动汽车冬季续航里程衰减的原因 。
1.1 动力电池的低温充放电特性
在低温环境下 ， 动力电池的充放电性能都有显著衰减：由于在低温环境中 ， 电池内部的化学反应产生的电流的速度比室温条件下慢很多 ， 当环境温度较低时 ， 这种化学反应变得极为缓慢 ， 电池就没电了 。
为了研究动力电池在不同温度下的充放电特性 ， 按照QC/T743-2006《电动汽车用锂离子蓄电池》的规定 ， 对某一锂离子电池分别在室温、0℃、-10℃和-20℃四种环境条件下进行充放电容量测试 ， 充放电电流均为1/3C倍率 。
随着环境温度的下降 ， 电池的恒流充电容量逐渐降低 ， 尤其当温度低于-20℃时 ， 电池的恒流充电容量下降较快 ， 主要原因是随着温度降低 ， 电池的整体内阻增大造成欧姆极化增大 ， 电化学极化增大和浓差极化提前 ， 使充电电压很快达到充电上限电压 ， 充电方式很快由恒流充电转化为恒压充电 。
随着温度的降低 ， 锂离子电池的放电容量和放电平台电压都有所下降 ， 尤其当温度低于-20℃时 ， 电池的放电容量下降较快 。 这是因为随着温度的降低 ， 电解液的离子电导率随之降低 ， 电极材料活性降低 ， 导致低温下欧姆极化、浓差极化和电化学极化均增大 。 在电池的放电曲线上表现为放电容量随着温度降低而降低 。
1.2 附件能耗
电动汽车附件能耗是指电动汽车在行驶过程中 ， 除去动力能耗（即电动机能耗）外的其他辅助设备能耗 ， 主要包括:车舱空调能耗、电池保温系统能耗、车灯能耗、移动设备充电能耗等 。 其中 ， 车舱空调能耗为汽车中能耗最大的辅助设备 ， 受使用环境的影响比较大 。
汽车空调的负荷主要由以下部分构成：新风负荷、太阳辐射热负荷、车体围护结构导热负荷、发动机舱传热及由人体散热、车内电子器件散热等构成的其他负荷 。
1.2.1 车体围护结构导热部分
在汽车空调运行时 ， 车内外会维持一定的温差 。 由此 ， 热量会在车内外通过围护结构传递 ， 从而给空调造成一部分的负荷 。 汽车围护结构通常由多层构成 ， 每层性质各不相同 ， 且几何结构非常复杂 ， 使得计算车体导热结构的难度非常大 。 然而 ， 对于热负荷计算而言 ， 关注更多的是维持车内外一定温差时所需的热量 ， 因此可测定整个车体围护结构的综合传热系数 ， 以便计算维持一定温差时所需的热量 。 根据传热学已知：
式中：Q cond为车体围护结构漏热量；A为车体外表面积；△T为车内外温差；k为车体对流换热系数 。
当车内环境固定时 ， 车体对流换热系数的大小将随车速v变化 ， 即：
对于确定的车型 ， 其表面积已经固定 。 因此 ， 式（2）可化为：
式中：K cond为车体综合传热系数 。
【续航|比亚迪 | 电动汽车低温续航里程研究】1.2.2 新风负荷部分
新风负荷是构成车辆冷热负荷的主要部分之一 。 在车辆行驶时 ， 在车辆和外部气流相对速度的作用下 ， 车体内外会出现压差 。 由于车体缝隙和限压阀的存在 ， 在压差的作用下会导致车内的空气泄漏至车外 ， 带走一部分的热量 ， 造成一部分负荷 。 此外 ， 为出于驾驶安全考虑 ， 车内的二氧化碳及有害气体浓度不可高于一定值 ， 这就要求汽车空调在运行时必须保证一定的新风量 。 由传热学知识：


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