电动大巴汽车电池热管理控制系统的设计

摘要：电池热管理：解决电池在温度过高或过低情况下热失控、不能深度放电问题，提升电池整体性能。电动大巴汽车电池热管理系统是通过外部设备来调节电池的工作温度,使电池始终能在合适的温度范围内工作。磷酸铁锂电池工作环境一般是-20 至65 工作温度。温度较低时其容量衰减,功率性能下降;温度较高时自放电风险增加,影响电池的可用容量,降低电池的使用寿命和效率。

电动汽车的无（低）污染优点，使其成为当代汽车发展的主要方向。电动汽车从为动力系统提供能源的角度来分类.主要分为：纯电动、混合动力和燃料电池汽车。

1 电动大巴汽车电池热管理研究现状

目前电动大巴汽车内的电池热管理系统，根据传热介质的不同主要分为三大类：空气冷却、液体冷却和相变材料冷却。目前电动大巴空调主要以液态冷却为主。针对6--12 米电动大巴，水冷式电池热管理系统制冷功率一般匹配4.5kw、6kw、8kw 三种机型。为贴近电池安装，根据电池布置位置不同，电池热管理设备又分为顶置、底置、后置。电池热管理系统通过管路系统和电池包相连接，在水泵的推动下通过防冻液将电池中的热量带出或者带入。

2 电动大巴汽车电池热管理控制系统的设计

图1 电池热管理系统示意图

图2

2.1 电动大巴电池热管理系统控制模式

控制模式分为：（1）BMS 控制模式。（2）自动控制模式。

（1） BMS 控制模式。BMS 通过CAN 通讯按照事先规定的通讯协议，发送控制指令给电池热管理系统，电池热管理系统接到CAN报文后解析指令得到工作模式：制冷/制热/热均衡及目标温度后，启动相应工作模式运行。根据电池热管理系统出水温度和目标温度差值进行制冷或者制热功率的调整。电池热管理系统的温度、工作状态、系统压力、制冷/制热功率、故障等信息通过CAN 通讯实时上报BMS 系统。

（2）自动控制模式。电池热管理系统根据BMS 发出的电池最高温度、最低温度信息、充电状态、放电状态等信息，自动判断工作模式，制冷/制热或热均衡，然后启动相应工作模式运行。同样，电池热管理系统的温度、工作状态、系统压力、制冷/制热功率、故障等信息通过CAN 通讯实时上报BMS 系统。

2.2 电池热管理系统主要电气部件控制设计

2.2.1 风机调速控制

风机控制采用PWM 调速。风速的大小依据压缩机排气压力的多少进行控制。

2.2.2 压缩机频率控制压缩机转速通过CAN 通讯控制调速，调速依据电池热管理系统出水温度和目标温度差进行调速控制。

2.2.3 PTC 功率调节控制

PTC 功率调整通过CAN 通讯控制，功率大小依据电池热管理系统出水温度水温到67℃停止，水温低于60℃加热。

图3

2.3 电池热管理系统主要保护措施设计

2.3.1 系统高压保护（见系统高压图）

高压保护进入条件：压缩机启动2min 后，检测系统高压连续10s大于2.5Mpa，停压缩机、风机，报警。高压保护退出条件：压缩机停机后检测系统高压低于2.25Mpa，且压缩机停机时间超过60s，系统重新进入制冷模式。如果在20min 内连续3 次高压报警系统将强行关闭，处于报警待机模式。

2.3.2 系统低压保护（见系统低压图）

低压保护进入条件：压缩机启动2min 后，检测系统低压连续10s小于0.05Mpa，停压缩机、风机，报警。低压保护退出条件：压缩机停机后检测系统高压高于0.196Mpa，且压缩机停机时间超过60s，系统重新进入制冷模式。如果在20min 内连续3 次低压报警系统将强行关闭，处于报警待机模式。

2.3.3 系统排气温度保护（见排气温度图）

排气温度保护进入条件：当压缩机启动2min 后，排气温度传感器连续10s 检测到压缩机排气温度高于105 度，停压缩机、风机，报警。排气温度保护退出条件：压缩机停机后检测系统排气温度低于90℃，且压缩机停机时间超过60s，系统重新进入制冷模式。如果在20min内连续3 次排气温度报警系统将强行关闭，处于报警待机模式。

2.3.4 系统防冻结温度保护（见防冻结图）

防冻结温度保护进入条件：当压缩机启动2min 后，防冻结温度传感器连续10s 检测到冷媒侧温度低于-3℃，停压缩机、风机，报警。防冻结温度保护退出条件：压缩机停机后检测系统冷媒侧温度高于0℃，且压缩机停机时间超过60s，系统重新进入制冷模式。如果在20min 内连续3 次防冻结温度报警，系统将强行关闭，处于报警待机状态。

2.3.5 高压电源过压保护（见高压过压图）

高压电源过压保护进入条件：当高压上电1min 后，压缩机检测母线电压连续10s 检测到电压高于720VDC，停压缩机、风机，报警。高压电源过压保护退出条件：压缩机停机后检测系统高压电压低于700VDC，且压缩机停机时间超过60s，系统重新进入制冷模式。

2.3.6 高压电源欠压保护（见高压欠压图）

高压电源欠压保护进入条件：当高压上电1min 后，压缩机检测母线电压连续10s 检测到电压低于400VDC，停压缩机、风机，报警。高压电源欠压保护退出条件：压缩机停机后检测系统高压电压高于420VDC，且压缩机停机时间超过60s，系统重新进入制冷模式。

2.3.7 低压电源过压保护（见低压过压图）

低压电源过压保护进入条件：当低压上电1min 后，控制器检测低压电压连续10s 检测到电压高于32VDC，停压缩机/PTC、风机、水泵，报警。低压电源过压保护退出条件：压缩机停机后控制器检测系统低压电压低于28VDC，且压缩机停机时间超过60s，系统重新进入原工作模式。

2.3.8 低压电源欠压保护（见低压欠压图）

低压电源欠压保护进入条件：当低压上电1min 后，控制器检测低压电压连续10s 检测到电压低于18VDC，停压缩机/PTC、风机、水泵，报警。低压电源欠压保护退出条件：压缩机停机后控制器检测系统低压电压高于22VDC，且压缩机停机时间超过60s，系统重新进入原工作模式。

图4

电动大巴汽车随着市场的变化也在不断的发展，电池热管理系统控制也越来越复杂。现在BYD 出口大巴已经用到两台甚至3 台电池热管理系统同时给电池服务，对多台电池热管理系统需要进行主从控制，控制难度也增加了许多。电动大巴电池热管理系统的控制将朝着温度控制更精准、系统运行更节能、故障处理更高效、维修监测更便捷的方向发展。

作者：刘文雷

马勒工业热系统（天津）有限公司

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