本田从 Clarity PHEV(Clarity BEV 是一款试验 BEV),到后续的 Honda e 的 BEV,间隔的时间差不多是两年。这两台车在整车热管理和电池系统的加热和冷却方面有大部分的继承关系,也有好多地方的改进。备注:本田的工程师喜欢在 SAE 上发布技术文章,两个主要内容来源为 2018 年的《Integrated Cooling System for Underfloor High Voltage Devices in PHEV》,2020 年的《Powertrain Thermal System Development for Small BEV》

 

 

 

01 两款车总体热管理相似的地方

 

如下图所示,Clarity 和 Honda e 两款车的布局都是采用电池地板化的布置,Clarity PHEV 是把 DCDC 集成在电池系统内,OBC 后置,PCU 和前部的引擎进行集成化布置;而 Honda e 是后驱方式,OBC 和 DCDC 是分离的,放在了前舱;PCU/Motor 部分后置。

 

图 1 Clarity 和 Honda e 的布置 

 

从总体要求来看,两款车的基本需求是没有差异的,电池的目标温度区间在 25-35°左右,其他功率电子的目标温度在 55°左右。 

 

表 1 PHEV 和 BEV 的主要部件热管理需求 

 

而相应的相似的电池温度和冷却液温度的管控区间,都可以分为五个区间。在高温区,两个系统是完全相似的,在低温区由于 PHEV 有很大的优势,就是电芯的工作模式可以根据发动机的特性来调整,所以低温的时候加热并不是一个很重要的讨论范畴。而在 BEV 里面,在电池温度低和冷却液温度同时低的时候,就需要很细致的采用电池加热器,并且把加热的回路控制在一个最小的范围内,以保证有限的能量最大化利用。 

 

图 2 本田定义的温度管理(电池温度和冷却液温度为变量)的区域 

 

02 总体热管理加出来的模式

 

因此在设计中,如下图所示,整体的差异在这几个方面: 

1)PHEV 里面由于 DCDC 布置在电池系统内,DCDC 和 OBC 的管路是并联的,然后和电池进行串联;而在 BEV 里面,两个上下布置直接就串在了一起; 

 

2)BEV 里面比 PHEV 多了一个冷却水路的阀,最主要的目的是在不同的低温环境下,调节电池升温的速度;

 

图 3 PHEV 和 BEV 整体热管理的差异 

 

在下面两个表格里面,我们可以看到 

 

1)PHEV 的电池工作模式比较简单,最恶劣的两种模式是在电池大功率输出和 DCDC 工作的时候,整体的耗散功率也只有约 550W 的状态;在慢冲状态下,所以跳过电池冷却就可以了,让电芯自然升温 

 

2)BEV 的工作模式就比较复杂了,也同时借鉴了之前 PHEV 管控模式,在充电和工作模式下也是同样采取把电池 Bypass 的做法;由于有了电池加热的模式,通过 EMW2 和 EMW2 的控制,让整个加热回路最小化。

 

图 4 两款车不同控制的模式 

 

本田在 PHEV 里面基本没怎么考虑电池的加热,而在 BEV 里面分别考虑了:

 

1)预热:车在出去之前,电池温度开始快速加热,这个是在有没有充电条件下,系统启动以后都立即进行的设计 

 

2)充电加热:在低温充电下的快速加热 

 

3)停车加热:这个很特殊的,如果把车长期停在寒冷的区域,这台车能自己运行整个系统让电池的温度保持在一定的范围内,这个是在插电状态的设计 4)行车加热:在行车过程中,电池通过两种不同的模式加热,这种一般分为快热和慢热 

 

表 2 不同模式的运行区分 

 

图 5 电池在不同模式下的加热 

 

小结:在整车热管理方面,其实纯电动汽车提出了更高的要求,特别是在低温环境适应性和大功率充电的条件下,我觉得一定是需要把 BEV 平台和 PHEV 平台在热管理部件的规格上做一些区分,然后做整体的优化,很难兼容两个需求差异比较大的东西。当然有一些部分是兼容和相似的,明天我们重点看一下本田的电池内部冷却的细节设计。