新能源汽车动力电池防寒防冻性能检测装置的设计与实现

黄敏雄

摘要：动力电池是新能源汽车的三大组成部件（电池、电机、电控）之一，它的工作性能影响着新能源汽车的续航能力。温度对动力电池性能、寿命及安全性均有影响，高效合理地设计电池的冷却系统对电池的正常工作有重要作用。本方案设计新能源汽车电池的防寒防冻性能检测装置，保障新能源汽车动力电池电性能及热管理控制系统高效、稳定、安全运行，从而满足新能源汽车在各种工况下安全稳定工作有着积极意义。

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].

關键词：动力电池;防寒防冻;设计

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

中图分类号：TM911.46                                文献标识码：A           ;                       文章编号：1674-957X（2021）06-0131-02

0  引言

新能源汽车动力电池检测项目主要包括：

①安全性能。过充电、过放电、短路、挤压、针刺、重物冲击、跌落、热滥用、低气压、海水浸泡、洗涤、外部火烧等。②电性能。容量（20℃放电容量（单体/模块）、-20℃放电容量、55℃放电容量、20℃倍率放电容量）、倍率放电、内阻、循环寿命、加速老化、SOC标定、贮存性能、荷电保持能力、能量效率。③环境可性能。温度循环、温度冲击、恒定湿热、机械振动、机械冲击、绝缘性测试。

对北方新能源车主而言，克服电动车的低温里程衰减问题是一件颇为棘手的问题，同时还存在半路没电推车、穿羽绒服不开暖风、柴油救援、车内电暖器等尴尬问题，核心问题是电池充放电能力弱。电池的端电压是衡量其性能的最基本参数，端电压过低，则影响用电设备的正常使用。

试验证明，新能源动力电池其充放电的过程就是电池内部电子转移的过程。而在低温环境下，电解液粘度增大，离子的转移会受到更大阻力，大大降低充放电的效率（是的，低温下充电也会受到影响），进而影响到电池的容量和续航。

美国汽车协会（_American Automobile Association_）之前曾对数款新能源汽车进行低温测试。数据显示，当温度下降到约零下6摄氏度时，电动车的平均行驶里程减少了41%。而我国前不久刚刚发布的新能源汽车评价规程中也涉及了电动汽车低温里程衰减的相关内容，在其首次测评发现，同在WLTC工况下测试，多款车低温行驶的续驶里程缩减幅度28%到53%。从这个意义上讲，动力电池防寒保温是冬季安全车的前提。

对电池的本身而言，从整车能源设计角度考虑对电池能量的回收利用效率进行研究，也是一个可取的热管理方案。目前所采取的办法一是将电池热管理、电机循环系统、空调热泵与压缩机等各个热循环联系在一起，进行集成化管理，让多余的热量和动能反向补偿回整套系统当中，实现多余热量与动能的二次利用。根据其数据显示，在相同的-10°C低温下，搭载这套系统的电动汽车续航能力能够提高26%左右。二是采取各种保温措施及防护措施（如风骏皮卡采用的德国博世原装GSK型预热塞，能使其在零下35℃一次性启动成功。）三是保证电池联结的可靠性、清洁性、密封性。

随着传统能源的日渐枯竭，空气污染问题日益严重及工业自动化水平的逐渐提高与完善，新能源汽车已经进入到汽车市场和消费者的视野，拥有一辆续航能力高的新能源汽车是广大车主的期望。新能源汽车动力电池在充放电过程中，由于电池本身的阻抗以及电池内部发生化学反应，组成结构材料内嵌入、脱嵌以及转移时受到的物理阻力而产生的欧姆内阻热。从而产生大量的热量，使得电池温度急剧上升和单体电池间的温度分布不均匀，从而使电池组内出现温度梯度，以至于导致电池组整体性能下降，甚至发生热失控。电池的散热及防寒防冻性能非常关键，如果在寒冷的天气使电池无法运行，或者使得电池的损耗较大而大大缩减续航，就会影响对汽车的正常行驶，现有的都是通过一些仪器进行检测，但存在不够直观、也不能够模拟寒冷的空气条件的缺陷，影响对电池性能的检测效果[3]。设计电池防寒防冻性能检测装置，保证电池的安全性、充放电性能和延长电池寿命，优化高效的电池热管理系统具有重要的实践价值。

1  设计原理

新能源汽车电池防寒防冻性能检测装置（图1）通过模拟外界的寒冷空气环境，直观对电池的性能进行检测。本设计装置包括：底座，底座上表面固定安装有导向架，导向架上表面中部固定安装有顶杆，顶杆顶端固定安装有用于容纳新能源电池的盛放箱，盛放箱上侧装有端盖，盛放箱的前后两侧面穿有通气管，通气管内壁装有电控的制冷片，盛放箱左右两侧面均匀安装有通气的导向管，导向管外侧安装有固定在导向架上的支撑板，左右两侧支撑板之间固定连接有横杆，导向管外端固定连接有螺旋弹簧，螺旋弹簧内部套有滑杆，滑杆外端固定安装有推板，滑杆与导向管滑动配合且滑杆伸入导向管的一端装有活塞;推板与产生动力的导轮相邻设置。

2  结构设计说明

设计底座，底座上表面固定安装有导向架，设计导向架表面两侧对称套有滑块，滑块与导向架之间装有紧固螺钉，滑块上表面固定有支撑杆，支撑杆上端固定安装有电机，电机中部安装有转轴，转轴表面固定套装有凸轮，所述凸轮外端装有导轮。

设计导向架上表面中部固定安装有顶杆，顶杆顶端固定安装有用于容纳新能源电池的盛放箱，盛放箱上侧装有端盖，盛放箱的前后两侧面穿有通气管，通气管内壁装有电控的制冷片，盛放箱左右两侧面均匀安装有通气的导向管，导向管外侧安装有固定在所述导向架上的支撑板，左右两侧的支撑板之间固定连接有横杆，导向管外端固定连接有螺旋弹簧，螺旋弹簧内部套有滑杆，滑杆外端固定安装有推板，滑杆与导向管滑动配合且滑杆伸入导向管的一端装有活塞，推板与导轮相邻设置，以通过所述紧固螺钉的调节，实现对电机位置和滑杆的形成进行调节。

3  功能设计说明

①根据图1功能设计要求的新能源汽车电池防寒防冻性能检测装置，其特征在于导向架为长方形框体，滑块中部开有的经滑动调节固定位置的槽。②根据功能设计图1中的新能源汽车电池防寒防冻性能检测装置，根据成本及要求设计活塞为橡胶活塞。③根据功能设计图1中的新能源汽车电池防寒防冻性能检测装置，其导轮采用能在凸轮推动推板时，将滑动摩擦转换成滚动摩擦以对凸轮和推板起保护作用的导轮。

4  设计操作过程

操作步骤如下：将端盖1打开，将电池放入盛放箱2内，并且将电池接通新能源汽车，并且对紧固螺钉18进行调节，对滑块15的位置进行调整，将电机13和制冷片4接通附近的电源，操作人员将制冷片4的开关打开，再将电机13的开关打开，此时就会使用制冷片4进行制冷，而电机13会带动转轴12轉动，带动凸轮11转动，进而使用凸轮11对推板9反复推动，使滑杆8在导向管6内反复滑动，从而就会通过通气管3向盛放箱2内通入冷空气，反复使用冷空气对盛放箱2内放置的电池进行冲击，将汽车启动。

观察汽车上的功能表，看电池的性能是否有所影响，更加直观实现对电池防寒防冻性能的检测。其中滑块15主要是在初始阶段调导轮10与推板9之间的距离，一经固定，在实际的工作过程中，滑块15、盛放箱2及左右两侧的支撑板14在导向架16上的位置关系是不变。

5  设计效益

通过对紧固螺钉的调节，就可以对电机的位置进行调节，也就可以对滑杆的行程进行控制。在工作过程中，对推板推动的时候就是从通气管出气，而停止推板推动之后会通过弹簧的作用使推板带动滑杆向外滑动，就会从通气管进气。再通过制冷片的设置，利用制冷片可以在抽风的时候产生凉风，使用凉风直接作用于盛放箱内放置的电池，通过对外界冷空气的模拟，可以直观对电池的性能进行检测，从而取代了现有的仪器数据的分析检测，提高了操作时效，现实中只需要将电池连接在汽车的发动机上，直观观察冷空气对电池的影响;同时也打破传统的检测方式，减少了操作步骤，提高了操作的方便性，适用性强。

参考文献：

[1]郑新，刘耀辉，李涛，刘宁.基于STM32的锂动力电池检测装置的设计[J].机电信息，2019（27）.

[2]董文浩.动力电池仓储时温度监测告警系统设计[J].信息技术与信息化，2019（7）.

[3]王晓辉，徐自强，林金明，吴孟强，李元勋.动力电池PACK状态监测系统设计与实现[J].电源技术，2019（06）.

[4]杨巍.基于NB-IoT的智能仓储温湿度实时监控系统设计[M].吉林大学，2019.

[5]王龙，孙谨哲.电动汽车动力电池检测系统设计[J].山东工业技术，2018（17）.