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      動力電池預(yù)充電路及自加熱電路相互影響研究

      2020-09-30 02:03:34波,孟成,萬
      汽車電器 2020年9期
      關(guān)鍵詞:預(yù)充電溫升動力電池

      邵 波,孟 成,萬 欣

      (北汽集團(tuán)越野車有限公司,北京 100331)

      1 引言

      動力電池系統(tǒng)是混合動力和電動汽車的重要能量源系統(tǒng),為油電混合車輛和電動車輛在行駛過程中提供電能,并回收車輛制動過程中的能量,以滿足日益嚴(yán)苛的油耗和排放要求。由于動力電池系統(tǒng)電壓相對車輛為高壓,為防止在整車高壓上電過程中由于容性負(fù)載引起的電流沖擊導(dǎo)致高壓系統(tǒng)回路中相關(guān)繼電器/接觸器觸點(diǎn)粘連及高壓器件損壞,需要對容性負(fù)載進(jìn)行預(yù)充電[1]。

      動力電池系統(tǒng)在低溫條件下放電能力差,充電接受能力弱,0℃以下充電安全性差,為滿足車輛能在低溫條件使用,在電池的熱管理系統(tǒng)中會增加電池加熱功能。動力電池加熱方式可通過冷卻液加熱、電芯內(nèi)部自加熱和加熱膜加熱等方式,其中加熱膜加熱利用動力電池高壓電能加熱,具有簡單易行、成本較低的特點(diǎn),應(yīng)用廣泛。

      預(yù)充電路與加熱膜電路相互之間存在影響,均由動力電池管理系統(tǒng)進(jìn)行控制,如何保證動力電池系統(tǒng)預(yù)充電正常完成及動力電池加熱正常進(jìn)行,避免預(yù)充回路器件損壞,動力電池管理系統(tǒng)的控制邏輯尤為重要。

      2 故障現(xiàn)象及系統(tǒng)分析、仿真

      公司某型混合動力車直接采用高壓系統(tǒng)起動,在-35℃低溫環(huán)境車輛起動調(diào)試過程中,經(jīng)過多次起動操作后,出現(xiàn)動力電池系統(tǒng)高壓預(yù)充超時(shí),車輛高壓上電失敗的故障,打開電池箱檢查,發(fā)現(xiàn)預(yù)充電阻燒毀導(dǎo)致預(yù)充電路失效,預(yù)充超時(shí)。鑒于該車在常溫環(huán)境測試時(shí)多次起動并未出現(xiàn)預(yù)充超時(shí)的故障,故障僅在低溫環(huán)境測試過程中出現(xiàn),為避免后續(xù)繼續(xù)出現(xiàn)該故障,保障車輛調(diào)試順利進(jìn)行,針對動力電池系統(tǒng)的預(yù)充電路[2]和自加熱電路及控制邏輯進(jìn)行分析。

      2.1 預(yù)充電路及自加熱電路分析

      圖1為車輛動力電池高壓預(yù)充電路及自加熱回路。預(yù)充回路由預(yù)充繼電器、預(yù)充電阻組成。當(dāng)整車進(jìn)入高壓上電流程時(shí),閉合主負(fù)繼電器、預(yù)充繼電器,開始進(jìn)行預(yù)充電,預(yù)充完成后,主正繼電器閉合,高壓上電完成。如果預(yù)充電阻過大或預(yù)充電流過小,電池輸出母線電壓未在設(shè)定的預(yù)充時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定的預(yù)充電壓,動力電池管理系統(tǒng)將會報(bào)出預(yù)充超時(shí)的故障。預(yù)充控制邏輯如圖2所示。

      圖1 高壓預(yù)充電路及自加熱回路

      圖2 預(yù)充控制邏輯

      自加熱回路由加熱膜、預(yù)熱繼電器、預(yù)熱熔斷絲及自加熱控制開關(guān)組成。整車低壓系統(tǒng)上電,動力電池管理系統(tǒng)ECU采集到電芯溫度低于設(shè)定溫度值,輸出高電平電壓給預(yù)熱繼電器線圈,按下自加熱控制開關(guān),接通預(yù)熱繼電器回路,預(yù)熱繼電器閉合,自加熱回路通過自主正繼電器87端形成回路。自加熱控制開關(guān)斷開,自加熱回路斷開,避免在環(huán)境溫度較高時(shí)自加熱開啟,電芯溫度過高。自加熱控制邏輯如圖3所示。

      預(yù)熱繼電器30端子與預(yù)充電阻輸出端、電機(jī)控制器電容共接在主正繼電器87端子。

      預(yù)充電回路與自加熱回路電器元件參數(shù)見表1,預(yù)充參數(shù)設(shè)置:動力電池電壓642V,預(yù)充時(shí)間≤300ms,預(yù)充超時(shí)時(shí)間0.5s,預(yù)充電壓95%Ubat。

      表1 電器元件參數(shù)

      圖3 自加熱控制邏輯

      2.2 模型建立

      根據(jù)系統(tǒng)電路建立仿真模型 (圖4),分別計(jì)算預(yù)充電阻電壓降、電流、功率、能量、理論溫升,相關(guān)參數(shù)設(shè)定按照表1中數(shù)據(jù),仿真時(shí)間0.5s。

      圖4 預(yù)充電路及加熱電路仿真模型

      自加熱控制開關(guān)未接通,仿真結(jié)果如圖5;自加熱控制開關(guān)接通,仿真結(jié)果如圖6。

      2.3 仿真結(jié)果分析[3]

      1)未接通自加熱回路時(shí),預(yù)充回路在預(yù)充繼電器閉合后237ms達(dá)到預(yù)充設(shè)定電壓,預(yù)充成功;預(yù)充電阻上累積產(chǎn)生的能量Eres=960J,電阻溫升ΔTres=7.38K,電阻溫升低,能夠承受多次啟動沖擊。

      2)接通自加熱回路后,500ms時(shí)預(yù)充電壓因加熱膜電阻分壓的原因,測量點(diǎn)電壓為420.9V,且趨于穩(wěn)態(tài),達(dá)不到預(yù)充設(shè)定電壓值,預(yù)充不成功,超時(shí);預(yù)充電阻上累計(jì)產(chǎn)生的能量Eres=2328J,電阻溫升ΔTres=17.9K,電阻溫升快,多次啟動沖擊后電阻會因溫度過高導(dǎo)致燒毀。

      圖5 自加熱控制開關(guān)未接通

      圖6 自加熱控制開關(guān)接通

      根據(jù)仿真結(jié)果,咨詢現(xiàn)場操作人員操作詳細(xì)過程,反饋在故障出現(xiàn)前自加熱開關(guān)處于接通狀態(tài),并保持接通狀態(tài)情況下,短時(shí)間內(nèi)多次反復(fù)上電操作。更換狀態(tài)良好的預(yù)充電阻,在確保自加熱開關(guān)斷開狀態(tài)的條件下進(jìn)行上電操作,高壓上電成功,預(yù)充電阻溫升較小,確定前面描述的故障是由于自加熱回路工作后多次上電操作導(dǎo)致預(yù)充電阻燒毀。

      為徹底避免人為操作原因?qū)е骂A(yù)充電阻過熱導(dǎo)致燒毀的故障,針對自加熱回路控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化,自加熱控制邏輯如圖7所示。

      同時(shí),為避免過多頻繁反復(fù)進(jìn)行上電預(yù)充導(dǎo)致預(yù)充電阻過熱[4]出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象,動力電池管理系統(tǒng)預(yù)充管理在3min內(nèi)反復(fù)上電10次后,持續(xù)5min停止響應(yīng)上電指令。

      更新動力電池管理系統(tǒng)軟件后,反復(fù)多次上電測試,預(yù)充電阻溫升正常,最高溫度均在80℃以下,系統(tǒng)工作正常。

      3 結(jié)論

      圖7 自加熱控制邏輯

      動力電池系統(tǒng)在上電預(yù)充過程中,為避免預(yù)充失敗和預(yù)充電阻燒毀,在其管理系統(tǒng)控制策略中應(yīng)避免其它高壓負(fù)載工作,減少預(yù)充干擾。動力電池系統(tǒng)自加熱功能應(yīng)在預(yù)充完成后才能啟動。

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