充电保温系统，在微型电动汽车中，怎样延长电池使用寿命？

各位看官老爷，麻烦右上角点击一下“关注”，精彩内容不错过，方便随时查看。

文|万象硬核

编辑|万象硬核

«——【·前言·】——»

近年来，随着人们的环保意识增强和国家政策对新能源汽车的大力支持，电动汽车发展迅速。微型电动汽车大部分采用磷酸铁锂电池，锂离子电池具有使用寿命长、存储能量密度高、环保等特点。

锂离子电池对环境温度比较敏感，尤其是冬季温度较低时，会出现续驶能力衰减、电池寿命缩短、充电困难等问题。为解决锂电池的低温充电问题，有研究者通过在BTMS结构上增加电加热辅助结构，实现了加热时间少、换热效果好、温度均衡等特点。

还有研究者设计了电池保温隔热系统，该隔热系统可以有效提升电池最低温度，减小温差；其他研究者基于动力电池热管理系统提出了“百叶窗式”保温箱，保持了电池的温度，增加了电动汽车的续驶里程。

通过针对低温对电动汽车动力电池造成的影响，在电池热管理控制系统（BMS）的基础上提出了充电保温系统以实现低温时充电保温的功能。处于特定温度时BMS发出指令，控制加热膜继电器接通，对电池加热，从而实现低温控制功能。

通过实车试验验证了该充电保温控制系统可以在冬季有效地为电池加热保温，使电池进入最佳的充电状态。

为解决微型电动汽车在低温环境下充电困难的问题，提出了一种动力电池充电保温系统。通过对加热部件-加热膜、电路以及热管理系统控制策略3方面进行设计，实现了充电保温功能和充电保温等待功能，确保充电时保持动力电池温度在适宜范围内的效用。

«【·充电保温系统总体设计·】»

充电保温系统包括充电保温功能和充电保温等待功能。在电池低温特性的基础上，结合BMS，保证动力电池充电时温度适宜。避免车辆在较低的环境温度下出现动力性差，无法启动的现象。

充电保温系统原理图如图1所示。BMS检测到电池单体的最低温度低于某一值时，控制高压继电器闭合，接通加热膜电源，对电池单体加热，提高电池单体的温度。同时，BMS会向车载充电机（OBC）发送请求充电电流和充电电压的信息，保证充电电流和充电电压在适宜范围。

充电保温时的电源主要由车载充电机通过家用220 V电转换而来，可以保证充电保温功能的稳定性和可靠性。

«【·充电保温系统设计·】»

充电保温系统是利用加热膜对电池单体加热，以保证电池单体的温度在适宜的范围内正常运行。电池充电保温系统的设计包括加热膜设计、电路设计以及充电保温控制策略的设计。

动力电池采用磷酸铁锂电池，多个电池单体组成动力电池包。分析动力电池结构和温度特性之后，确定加热部件为加热膜形式。加热膜的三维结构形式如图2所示，实物如图3所示。

加热膜形状与电池组结构相契合，顺着每排的电池弯绕，确保加热膜与每个电池单体接触良好。单片加热膜的电压为21.6 V，功率118 W，尺寸为1376.5 mm×60 mm×1.1 mm。电池组共有 6 片加热膜。

加热膜采用正温度系数热敏电阻（Positive Temperature Coefficient，PTC）利用正温度系数热敏电阻的正温度系数效应对电池加热。正温度系数热敏电阻在产生热量的同时，还可以发挥其自控温的特点，防止加热器件的过热和烧毁。

观察时域信号，检查是否存在漂移、偏置、毛刺等异常信号。结合路面激励频率范围，进行50 Hz的低通滤波，排除毛刺等异常信号。通过高通滤波，可以解决漂移、偏置问题，高通滤波限值需根据时域波形的跨度时间等实际情况判断。

动力电池充电保温系统的电路图如图4所示，包括动力电池组、BMS 以及加热膜。其中，BMS 包括电压采集模块、温度采集模块、继电器控制模块。

电路的工作原理：与车载电源集成单元（CDU）连接后，预充继电器K2闭合，电池预充至剩余电量（State of Charge，SOC）为100%。 然后， 主正继电器K1吸合，电流流经电流采集传感器唤醒BMS。

此时温度采集模块的温度传感器开始工作，将电池包各处的温度信息传回BMS，判断工作模式的状态。若处于充电保温模式，BMS发出指令，开启加热继电器 K3对加热膜进行加热，达到标定温度后电池开始充电。

若温度适宜则停止加热膜的工作，进行正常的充电程序。同时，通过主熔断器F1和加热膜保护F2保障电路的安全，防止电流过大。

动力电池充电保温控制策略基于电池热管理系统，在温度较低时确保动力电池正常充电。如果设计的流程不恰当，会导致电池温度不稳定、充电效率降低、电池受损。动力电池充电保温控制策略如图5所示，电动汽车BMS主要根据动力电池在充电时电池的温度变化判断调控不同的操作。

进入条件：充电枪接入220 V电，电池预充充满电，SOC修正到100%；

策略：充电保温系统分为充电保温等待模式（BMS不进入休眠状态）和充电保温模式。判断电池包内各温度传感器采集的最低温度：

当单体最低温度Tmin≥20 ℃时，BMS退出充电流程，进入休眠状态；当单体最低温度10 ℃≤Tmin＜20 ℃，且满足退出条件时，进入休眠状态；若不满足退出条件，进入充电保温等待模式。

当单体最低温度Tmin<10 ℃，且满足退出条件时，进入休眠状态；若不满足退出条件，进入充电保温模式；当单体最低温度Tmin>25 ℃时，退出充电保温模式，进入充电保温等待模式。

退出条件：充电保温等待时长超过12 h。

«【·充电保温系统试验·】»

充电保温系统试验现场图如图6所示，试验对象为某款微型电动汽车，试验地点为漠河试验场 ,将所有设备正确连接后开始实验。实验内容包括充电立即休眠测试、充电保温测试-先进充电保温等待模式和充电保温测试-先进充电保温模式。

调整车辆的温度分别满足以下3种情况：

充电立即休眠测试：环境仓温度调整至Tmin ≥ 20 ℃，车辆充电至SOC=99%，放置于环境仓中进行温度适应，采集到电池温度Bms_BattMinT ≥ 20 ℃；

充电保温测试 - 先进充电保温等待模式：环境仓温度调整至15 ℃>Tmin≥10 ℃，车辆充电至SOC=99%，放置于环境仓中进行温度适应，采集到电池温度 15 ℃ >Bms_BattMinT ≥10 ℃，环境仓温度调至-20 ℃；

充电保温测试-先进充电保温模式：环境仓温度调整至Tmin=5 ℃，车辆充电至SOC=99%，放置于环境仓中进行温度适应，采集到电池温度Bms_BattMinT=5±2 ℃，环境仓温度调至-20 ℃。

满足上述条件后，为车辆充电至整车进入休眠状态，最后对数据记录仪采集的数据进行分析。

试验图像包括充电保温功能跳转测试、充电保温功能进入测试、充电保温等待功能测试和充电保温退出条件测试。

充电保温功能跳转测试结果如图7所示，当SOC<100% 时，电池充电。当SOC=100% 后，根据温度的不同在充电保温模式和充电保温等待模式之间跳转。由图7可知，充电保温过程中各功能跳转正常，各阶段符合充电保温控制策略目标。

充电保温功能进入测试结果如图8所示，电动汽车慢充至SOC=100%，当BMS检测到电池最低单体温度为3 ℃时，此时电池温度小于10 ℃，充电枪连接后，车辆即进入充电保温模式，闭合加热继电器，进入加热流程。

充电保温等待功能测试结果如图9所示，当SOC=100% 时，车辆进入充电保温等待模式。BMS检测到最低单体电池温度为26 ℃时，退出充电保温模式，进入充电保温等待模式。

充电保温退出条件测试结果如图10所示，当BMS检测电动汽车充电保温等待模式达到12 h时，退出充电保温等待模式。此时测量电池单体最低温度为22 ℃，满足预设条件T > 20 ℃。

实验结果表明，充电保温系统功能运转正常，可实现充电保温模式和充电保温等待模式的跳转，维持电池最低温度持续保持在10℃以上。在满足低温环境驾驶所需的功率输出的同时，延长电池的使用寿命。

«——【·结语·】——»

通过详细介绍微型电动汽车充电保温系统的设计内容，对电池温度的监测，使加热膜在适宜温度进行工作，从而实现对电池组的保温控制。

同时，通过试验验证了该系统的有效性，使充电保温系统实现保证低温环境驾驶所需功率输出的同时延长电池使用寿命的作用。

实验结果表明，该充电保温系统可有效实现温度的调节，保证充电的正常运转。