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名称 安徽江淮汽车集团股份有限公司
地址
邮编
行业 汽车工业
网址 http://www.jac.com.cn
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创新技术


创新技术名称
新能源汽车电池热管理技术
该项技术所应用的产品
江淮纯电动轿车
该项技术所获荣誉
该项技术详细介绍

新能源汽车电池热管理技术

一、技术创新方面 

(一)项目背景

1、国家战略需要

2017年3月1日,工信部、发改委、科技部、财政部四部委发布《促进汽车动力电池发展行动方案》,明确提出,2020年,动力电池系统的能量密度要大于260wh/kg,成本要小于1元/Wh,使用环境达到-30~55℃,充电倍率达到3C。

2、行业及自身发展需要

    锂离子电池的自身的温度保持在20~30℃范围内最佳,因此高效率成为电池热管理系统的发展趋势。按照效率来分,电池热管理方案大体分为自然冷却、强制风冷、液冷技术及冷媒直冷技术,其中自然冷却设计最简单,直冷技术方案设计最复杂、成本最高,目前在市场上并无成熟使用的案例。

同时,截止2016年底,江淮纯电动轿车累计产销3.6万辆,基本采用风冷系统,存在冷却效率较低、系统温差较大、动力电池的使用工况及使用寿命受到限制、空间利用率较低,车辆里程受到一定限值等缺点;在此情况下,为响应公司对新能源汽车”再造竞争优势”的指示,落实江淮“有技术”方针,提高顾客满意度,迫切需要液冷系统技术储备,开发液冷动力电池。

(二)项目目标和举措

1、项目目标

液冷技术是电池热管理系统的发展趋势,国外Tesla、BMW i3、通用Volt等车型电池包已采用电池液冷技术,运行稳定、可靠。国内车企均在开发,但批量应用较少,在此情况下,我司拟开展液冷动力电池研发项目,实现以下目标:

1)液冷电池模块达成各种失效模式下热失控被动安全;单体热失稳不会引起模组及电池包热失控。

2)热管理性能相对风冷系统大幅提升,在极端放电工况、高温快充、高温慢充、低温加热在方面设定提升目标:

3)完成整车空调与电池热管理系统性能匹配与标定。

4)液冷系统数模冻结,具备下发开模通知函条件。

5)完成关键部件量产可行性评估及供应商选点。

2、项目措施

针对既定的开发目标,依据NAM流程,确立了提出热管理系统设计概念方案发布-设计方案发布,A样结构状态和初始控制方案发布-热管理控制策略和性能验证试验大纲发布-热管理性能等确认-SOP的开发流程:

热管理系统设计概念方案发布:根据系统仿真分析及理论计算,充分对标标杆车型,完成热管理系统概念方案设计,同时完成热管理部件的选型;

A样结构状态和初始控制方案发布:依托iEV7S整车空间架构,布置各热管理部件的空间位置;依据动力电池内部结构,布置模组及液冷管路。根据动力电池的使用工况和性能及温度需求发布初始控制方案;

热管理控制策略和性能验证试验大纲发布:根据整车试验工况和前期开发积累的试验经验,学习德国大众相关车型的验证方式,发布性能验证试验大纲及热管理控制策略。

热管理性能等确认:依据前期发布的试验大纲,进行充分的试验验证及参数标定,直至确认各项性能满足设计需求。

SOP:完成各项性能确认;各项技术文件如:技术协议、三维数模、二维图纸、数据确认函、开模通知函、EV试验报告等冻结下发,完成SOP。

(三)技术优势及新技术运用效果

1、技术优势

相比于上一代的风冷热管理方式,虽然其技术复杂度与开发难度均有所提升,但是达成效果显著,系统换热效率大幅提升。换热效率地提升能够确保电池组的工作温度区间由之前的0~55℃缩短到10~35℃,温差由17℃缩小到5℃;有效地控制温差、抑制温升,对电池组的安全、寿命、充电性能都有极大程度地改善。与此同时,液冷系统与风冷系统相比,在电池包所占的体积更小,电池单体空间利用率更高,能够实现电池组能量由29kwh提升至40kwh。

液冷技术的具有三大核心优势:

第一,液冷电池组能够确保100%的热失控安全性,电池单体内短路不会造成电池组起火,保障人车安全。

第二,电池工作在更适宜的温度区间,电池组的寿命能够提升6%,高低温充电时间缩短1h。

第三,液冷电池的体积比能量密度更高,整车续驶里程能够突破260Km。

2、技术实施效果

1)安全性

通过优化液冷方案模组,涂覆集流板绝缘漆、添加保险丝、增强模组端板及正极绝热垫片等措施,确保各种失效模式下热失控被动安全;开发电池安全故障诊断策略,及时有效的识别和化解潜在安全失效风险,避免电池失火。开展100次模组热失控安全试验,全部通过。液冷电池模块达成各种失效模式下热失控被动安全,单体热失稳不会引起模组及电池包热失控。

2)热性能

热管理性能相对风冷系统大幅提升,100%达成设计目标,表现在以下方面:

1)极端放电工况

目标:最高车速130km/h,环境温度40℃,电池包起始温度35±2℃,整车满电放电至保护,电池包最高温度由风冷65℃降低至45℃以内,温差由10℃降低至5℃。

实际:最高车速130km/h,环境温度40℃,电池包起始温度35℃,整车满电放电至SOC4%,电池包最高温度降低至45℃,温差5℃。

2)高温快充工况

目标:环境温度为35±2℃,电池包最高温度45℃,充电结束电池最高温度控制在35℃以内,温差控制在5℃以内,由于热管理需求导致空调开启时间由原来的4小时缩短至1小时。

实际:环境温度为36℃,电池包温度40~42℃,充电结束电池最高温度30℃,温差0℃,空调开启时间1小时。

3)高温慢充工况

目标:环境温度为35±2℃,电池包最高温度45℃,充电结束电池最高温度控制在35℃以内,温差控制在5℃以内,由于热管理需求导致空调开启时间由原来的4小时缩短至30分钟。

实际:环境温度为35℃,电池包温度40~42℃,充电结束电池最高温度30℃,温差2℃,空调开启时间21min。

4)低温加热工况

目标:环境温度为-10℃,电池包温度为-8±2℃,加热速率由风冷系统15min温升1℃提升至15min温升7℃,温差由17℃降低至5℃。

实际:环境温度为-15℃,电池包温度为-10℃,加热速率为10min温升7℃,温差5℃。

3)空调系统匹配

完成整车空调与电池热管理系统性能匹配与标定:车速最高车速130km/h,环境温度40℃,电池包起始温度35±2℃,整车满电放电至保护,电池包最高温度控制在45℃以内,温差5℃,乘员舱制冷满足Q/JQ8101.11,出风口平均温度≤15℃。

4)NVH性能

水泵按照最大占空比开启,运转噪音值测试值<39dB(A)。

5)气密性

完成电池包内部冷却管路总成设计开发,针对液冷管21根,快插接头46个,泄露风险大的风险。通过识别液冷管焊接质量、表面粗糙度等影响要素,实施快插插头选型、侧拉力测试和精度控制攻关,制定零部件进出厂测试标准;确认系统气密性检测标准为2.5bar,泄漏量0.5ml/min。

6)数据冻结

通过电池包试制及整车装配验证,完成膨胀水壶、电池冷却器、水加热器、外部管路总成、模组总成、壳体总成、液冷管总成及快插管路8个部件数据冻结,具备下发开模通知函条件。

7)量产可行性确认

完成电池冷却器、水加热器、模组总成、壳体总成、液冷管总成及快插管路6个主要部件量产可行性评估及供应商选点。

历经概念方案-加热器更换及进出口位置调整-电池冷却器更换-水泵位置调整-膨胀水壶设计优化,超过多达20多次的优化,确认液冷系统结构设计方案;通过2套电池包及4辆整车验证,完成各部件装配、总成装配等工艺验证,确认工艺可行;通过重点开展9项30多次专项试验验证,确定系统及部件性能满足设计需求;通过在试验开发过程中逐步优化控制策略和标定参数阀值,策略及软件已发布;通过5轮CFD仿真分析,有效的指导了结构开发的正常进行,并对试验验证结果进行确认;通过温度分布试验及开展热管理性能试验,已确认高低温冷却性能符合设计要求。

形成交付物89份,撰写科技论文八篇:《动力轿车电池包液冷系统设计》(CN61-1394/TH 汽车实用技术);《一种电动汽车电池组箱体轻量化设计》(CN61-1394/TH 汽车实用技术)等;申请专利十三项:其中一种电动汽车动力电池液冷加热装置、一种电动汽车动力电池液冷板、一种液冷电池包装置、一种液冷电池模块结构设计、一种电池组防撞梁设计等已获受理授权,其它项正在审核中。

 


企业介绍

        安徽江淮汽车集团股份有限公司(简称江淮汽车或JAC),是一家集全系列商用车、乘用车及动力总成等研产销和服务于一体的“先进节能汽车与新能源汽车并举的综合型汽车企业集团”。国家火炬计划重点高新技术企业、国家级创新型企业。位居中国企业500强、中国百强工业企业。目前,包含江淮和安凯两大整车品牌。
        2017年1-11月销售47万辆,其中纯电动乘用车同比增长超66.35%,国际出口同比上升14.76%。
        公司现有主导产品包括:重、中、轻、微型卡车、多功能商用车、MPV、SUV、轿车、客车、专用底盘及变速箱、发动机、车桥等核心零部件。
        公司1990年开发出的填补国内空白的客车专用底盘,改写了中国客车由货车底盘改装的历史。江淮轻卡销量位居国内第二,出口量连续十几年位居行业同类产品第一。格尔发重卡在载货车细分市场进入前三甲。瑞风商务车连续多年荣获“年度最佳MPV”称号;小型SUV形成优势,瑞风S3蝉联2015、2016小型SUV销量冠军;2017年4月19日,江淮汽车的旗舰SUV——瑞风S7开启预售,24小时订单破千台;首款中高端技术座驾瑞风A60,开启江淮汽车品牌向上之道;和悦A30打破中国拉力锦标赛18年记录,成为CRC赛史上首个八连冠。作为我国新能源汽车产业的先行者,江淮汽车三大电、六小电技术日趋成熟,处于行业领先水平。江淮汽车的新能源业务涵盖乘用车、轻型商用车、多功能商用车、客车等产品,走在了行业前列。自2009年起共9款自主研发的发动机荣获“中国心”十佳发动机。自主研发的变速箱于2015年顺利通过国家“863”专家组鉴定,品质达到国内领先、国际先进水平,也是中国品牌第一个批量市场化的湿式双离合自动变速箱产品。
        公司坚持以客户为中心,以诚信为基础,专注为客户创造价值,持续追求客户满意,目前累计用户超510万。公司现有国内2000多家一级经销商、1600多家服务站、1000多家备件供应商;国外拥有近千家销售网点及700余家服务网点。
        公司始终将质量视为企业生存发展之本,先后通过ISO9001质量管理体系,环境管理体系、职业健康管理体系、TS16949质量管理体系认证。因在质量管理领域的卓越成就,公司2010年荣膺中国质量管理领域最高奖项——全国质量奖,成为唯一获得此奖项的中国品牌车企。2012年荣获出口免验企业,成功树立国际知名品牌形象。
        江淮汽车拥有一支近5000人的高水平研发团队;构筑了一主四辅研发体系,分别在意大利都灵、日本东京设立海外研发中心,国内拥有国家级企业技术中心、国家级工业设计中心。截至目前江淮汽车累计拥有授权专利10037件,其中发明专利授权1013件。拥有各类先进生产设备5200余台/套,包括亚洲最大的6000吨压力机、尖端技术的德国KUKA、瑞典ABB焊接机器人、德国数控加工中心、自动喷涂机器人等国际一流精大稀设备,从硬件上保证高品质的满足市场需求。
        江淮汽车国际市场涵盖南美、欧洲、非洲、中东、东南亚等130多个国家和地区,截至2016年底累计出口超45万辆,位居行业第五位。其中,江淮轻卡已连续14年蝉联行业出口第一;2014年成功与委内瑞拉签订6159辆重卡出口订单,创下近年来中国重卡出口第一大单。
        江淮汽车全面践行“敬客经营、质量为本、求真务实”的核心价值观,矢志追求为全球客户制造更好的产品,创建世界知名汽车品牌。用中国品牌,讲中国故事,造江汽好车,谱江汽新篇。让环境因我们的不断进步而变得更加和谐,让社会因我们的不懈努力而变得更加美好。

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