新能源汽車動力電池防寒防凍性能檢測裝置的設(shè)計與實現(xiàn)

黃敏雄

摘要：動力電池是新能源汽車的三大組成部件（電池、電機(jī)、電控）之一，它的工作性能影響著新能源汽車的續(xù)航能力。溫度對動力電池性能、壽命及安全性均有影響，高效合理地設(shè)計電池的冷卻系統(tǒng)對電池的正常工作有重要作用。本方案設(shè)計新能源汽車電池的防寒防凍性能檢測裝置，保障新能源汽車動力電池電性能及熱管理控制系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、安全運行，從而滿足新能源汽車在各種工況下安全穩(wěn)定工作有著積極意義。

Abstract： Power battery is one of the three major components （battery， motor and electronic control） of new energy vehicles，Its performance affects the endurance of new energy vehicles.Temperature has an effect on the performance， life and safety of power battery[4]. The efficient and reasonable design of the cooling system of battery plays an important role in the normal operation of battery.In this project， the cold proof and antifreeze performance testing device of new energy vehicle battery is designed，Ensure the efficient， stable and safe operation of the power battery electrical performance and thermal management control system of new energy vehicles，It has positive significance to meet the safety and stability of new energy vehicles in various working conditions[5].

關(guān)鍵詞：動力電池;防寒防凍;設(shè)計

Key words： power battery;cold proof and antifreeze;design

中圖分類號：TM911.46? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ?; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0131-02

0? 引言

新能源汽車動力電池檢測項目主要包括：

①安全性能。過充電、過放電、短路、擠壓、針刺、重物沖擊、跌落、熱濫用、低氣壓、海水浸泡、洗滌、外部火燒等。②電性能。容量（20℃放電容量（單體/模塊）、-20℃放電容量、55℃放電容量、20℃倍率放電容量）、倍率放電、內(nèi)阻、循環(huán)壽命、加速老化、SOC標(biāo)定、貯存性能、荷電保持能力、能量效率。③環(huán)境可性能。溫度循環(huán)、溫度沖擊、恒定濕熱、機(jī)械振動、機(jī)械沖擊、絕緣性測試。

對北方新能源車主而言，克服電動車的低溫里程衰減問題是一件頗為棘手的問題，同時還存在半路沒電推車、穿羽絨服不開暖風(fēng)、柴油救援、車內(nèi)電暖器等尷尬問題，核心問題是電池充放電能力弱。電池的端電壓是衡量其性能的最基本參數(shù)，端電壓過低，則影響用電設(shè)備的正常使用。

試驗證明，新能源動力電池其充放電的過程就是電池內(nèi)部電子轉(zhuǎn)移的過程。而在低溫環(huán)境下，電解液粘度增大，離子的轉(zhuǎn)移會受到更大阻力，大大降低充放電的效率（是的，低溫下充電也會受到影響），進(jìn)而影響到電池的容量和續(xù)航。

美國汽車協(xié)會（_American Automobile Association_）之前曾對數(shù)款新能源汽車進(jìn)行低溫測試。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)溫度下降到約零下6攝氏度時，電動車的平均行駛里程減少了41%。而我國前不久剛剛發(fā)布的新能源汽車評價規(guī)程中也涉及了電動汽車低溫里程衰減的相關(guān)內(nèi)容，在其首次測評發(fā)現(xiàn)，同在WLTC工況下測試，多款車低溫行駛的續(xù)駛里程縮減幅度28%到53%。從這個意義上講，動力電池防寒保溫是冬季安全車的前提。

對電池的本身而言，從整車能源設(shè)計角度考慮對電池能量的回收利用效率進(jìn)行研究，也是一個可取的熱管理方案。目前所采取的辦法一是將電池?zé)峁芾?、電機(jī)循環(huán)系統(tǒng)、空調(diào)熱泵與壓縮機(jī)等各個熱循環(huán)聯(lián)系在一起，進(jìn)行集成化管理，讓多余的熱量和動能反向補償回整套系統(tǒng)當(dāng)中，實現(xiàn)多余熱量與動能的二次利用。根據(jù)其數(shù)據(jù)顯示，在相同的-10°C低溫下，搭載這套系統(tǒng)的電動汽車?yán)m(xù)航能力能夠提高26%左右。二是采取各種保溫措施及防護(hù)措施（如風(fēng)駿皮卡采用的德國博世原裝GSK型預(yù)熱塞，能使其在零下35℃一次性啟動成功。）三是保證電池聯(lián)結(jié)的可靠性、清潔性、密封性。

隨著傳統(tǒng)能源的日漸枯竭，空氣污染問題日益嚴(yán)重及工業(yè)自動化水平的逐漸提高與完善，新能源汽車已經(jīng)進(jìn)入到汽車市場和消費者的視野，擁有一輛續(xù)航能力高的新能源汽車是廣大車主的期望。新能源汽車動力電池在充放電過程中，由于電池本身的阻抗以及電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，組成結(jié)構(gòu)材料內(nèi)嵌入、脫嵌以及轉(zhuǎn)移時受到的物理阻力而產(chǎn)生的歐姆內(nèi)阻熱。從而產(chǎn)生大量的熱量，使得電池溫度急劇上升和單體電池間的溫度分布不均勻，從而使電池組內(nèi)出現(xiàn)溫度梯度，以至于導(dǎo)致電池組整體性能下降，甚至發(fā)生熱失控。電池的散熱及防寒防凍性能非常關(guān)鍵，如果在寒冷的天氣使電池?zé)o法運行，或者使得電池的損耗較大而大大縮減續(xù)航，就會影響對汽車的正常行駛，現(xiàn)有的都是通過一些儀器進(jìn)行檢測，但存在不夠直觀、也不能夠模擬寒冷的空氣條件的缺陷，影響對電池性能的檢測效果[3]。設(shè)計電池防寒防凍性能檢測裝置，保證電池的安全性、充放電性能和延長電池壽命，優(yōu)化高效的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)具有重要的實踐價值。

1? 設(shè)計原理

新能源汽車電池防寒防凍性能檢測裝置（圖1）通過模擬外界的寒冷空氣環(huán)境，直觀對電池的性能進(jìn)行檢測。本設(shè)計裝置包括：底座，底座上表面固定安裝有導(dǎo)向架，導(dǎo)向架上表面中部固定安裝有頂桿，頂桿頂端固定安裝有用于容納新能源電池的盛放箱，盛放箱上側(cè)裝有端蓋，盛放箱的前后兩側(cè)面穿有通氣管，通氣管內(nèi)壁裝有電控的制冷片，盛放箱左右兩側(cè)面均勻安裝有通氣的導(dǎo)向管，導(dǎo)向管外側(cè)安裝有固定在導(dǎo)向架上的支撐板，左右兩側(cè)支撐板之間固定連接有橫桿，導(dǎo)向管外端固定連接有螺旋彈簧，螺旋彈簧內(nèi)部套有滑桿，滑桿外端固定安裝有推板，滑桿與導(dǎo)向管滑動配合且滑桿伸入導(dǎo)向管的一端裝有活塞;推板與產(chǎn)生動力的導(dǎo)輪相鄰設(shè)置。

2? 結(jié)構(gòu)設(shè)計說明

設(shè)計底座，底座上表面固定安裝有導(dǎo)向架，設(shè)計導(dǎo)向架表面兩側(cè)對稱套有滑塊，滑塊與導(dǎo)向架之間裝有緊固螺釘，滑塊上表面固定有支撐桿，支撐桿上端固定安裝有電機(jī)，電機(jī)中部安裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸表面固定套裝有凸輪，所述凸輪外端裝有導(dǎo)輪。

設(shè)計導(dǎo)向架上表面中部固定安裝有頂桿，頂桿頂端固定安裝有用于容納新能源電池的盛放箱，盛放箱上側(cè)裝有端蓋，盛放箱的前后兩側(cè)面穿有通氣管，通氣管內(nèi)壁裝有電控的制冷片，盛放箱左右兩側(cè)面均勻安裝有通氣的導(dǎo)向管，導(dǎo)向管外側(cè)安裝有固定在所述導(dǎo)向架上的支撐板，左右兩側(cè)的支撐板之間固定連接有橫桿，導(dǎo)向管外端固定連接有螺旋彈簧，螺旋彈簧內(nèi)部套有滑桿，滑桿外端固定安裝有推板，滑桿與導(dǎo)向管滑動配合且滑桿伸入導(dǎo)向管的一端裝有活塞，推板與導(dǎo)輪相鄰設(shè)置，以通過所述緊固螺釘?shù)恼{(diào)節(jié)，實現(xiàn)對電機(jī)位置和滑桿的形成進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3? 功能設(shè)計說明

①根據(jù)圖1功能設(shè)計要求的新能源汽車電池防寒防凍性能檢測裝置，其特征在于導(dǎo)向架為長方形框體，滑塊中部開有的經(jīng)滑動調(diào)節(jié)固定位置的槽。②根據(jù)功能設(shè)計圖1中的新能源汽車電池防寒防凍性能檢測裝置，根據(jù)成本及要求設(shè)計活塞為橡膠活塞。③根據(jù)功能設(shè)計圖1中的新能源汽車電池防寒防凍性能檢測裝置，其導(dǎo)輪采用能在凸輪推動推板時，將滑動摩擦轉(zhuǎn)換成滾動摩擦以對凸輪和推板起保護(hù)作用的導(dǎo)輪。

4? 設(shè)計操作過程

操作步驟如下：將端蓋1打開，將電池放入盛放箱2內(nèi)，并且將電池接通新能源汽車，并且對緊固螺釘18進(jìn)行調(diào)節(jié)，對滑塊15的位置進(jìn)行調(diào)整，將電機(jī)13和制冷片4接通附近的電源，操作人員將制冷片4的開關(guān)打開，再將電機(jī)13的開關(guān)打開，此時就會使用制冷片4進(jìn)行制冷，而電機(jī)13會帶動轉(zhuǎn)軸12轉(zhuǎn)動，帶動凸輪11轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使用凸輪11對推板9反復(fù)推動，使滑桿8在導(dǎo)向管6內(nèi)反復(fù)滑動，從而就會通過通氣管3向盛放箱2內(nèi)通入冷空氣，反復(fù)使用冷空氣對盛放箱2內(nèi)放置的電池進(jìn)行沖擊，將汽車啟動。

觀察汽車上的功能表，看電池的性能是否有所影響，更加直觀實現(xiàn)對電池防寒防凍性能的檢測。其中滑塊15主要是在初始階段調(diào)導(dǎo)輪10與推板9之間的距離，一經(jīng)固定，在實際的工作過程中，滑塊15、盛放箱2及左右兩側(cè)的支撐板14在導(dǎo)向架16上的位置關(guān)系是不變。

5? 設(shè)計效益

通過對緊固螺釘?shù)恼{(diào)節(jié)，就可以對電機(jī)的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，也就可以對滑桿的行程進(jìn)行控制。在工作過程中，對推板推動的時候就是從通氣管出氣，而停止推板推動之后會通過彈簧的作用使推板帶動滑桿向外滑動，就會從通氣管進(jìn)氣。再通過制冷片的設(shè)置，利用制冷片可以在抽風(fēng)的時候產(chǎn)生涼風(fēng)，使用涼風(fēng)直接作用于盛放箱內(nèi)放置的電池，通過對外界冷空氣的模擬，可以直觀對電池的性能進(jìn)行檢測，從而取代了現(xiàn)有的儀器數(shù)據(jù)的分析檢測，提高了操作時效，現(xiàn)實中只需要將電池連接在汽車的發(fā)動機(jī)上，直觀觀察冷空氣對電池的影響;同時也打破傳統(tǒng)的檢測方式，減少了操作步驟，提高了操作的方便性，適用性強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

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