摘要：电池温控管理系统（TMS）是新能源电车动力电池的关键辅助保障设备，通过制冷模式（空调模式）和加热模式（PTC模式）调节电池冷却液的温度，一般安装在客车尾舱上方。温控管理系统可实时监测和调节动力电池温度，将电池工作状态通过CAN总线上传到电池管理系统（BMS），与整车网络系统进行通信，使驾驶员能够实时了解温控系统的状态。TMS不仅为动力电池良好的输出提供保障，延长电池的使用寿命，而且为电车的安全驾驶提供有力的保
障。
关键词：新能源；电车电池；温控管理；系统设计
引言
面对环境污染、能源危机的挑战，新能源汽车迎来了重要发展期。发展电动汽车，关键在于动力电池。目前，锂离子动力电池因其具有比能量大、循环寿命长、无记忆效应等优点，已在车用电池领域得到广泛运用［1］。但电动汽车在实际行驶过程中，动力电池会产生较大
的热量，如果散热条件恶劣，热量便会迅速堆积，加速电池内部有害化学反应速率，增大电池容量的衰减，严重时甚至导致燃烧、爆炸等安全事故。
目前电池热管理系统主要包括采用空气介质、液体介质和采用相变材料介质的热管理系统。随着国家对电池能量密度、安全性、使用寿命以及快充要求的不断提高，采用空气介质的热管理系统已经不能满足当前的热管理需求，采用相变材料介质的热管理系统由于成本过高，结构复杂等原因使用较少，采用液体介质的热管理系统受到越来越多厂商的青睐。国内外针对基于液体介质的电池热管理系统性能进行了大量研究，徐晓明等实验验证了电池组采用基于两进两出流道液冷方式的散热特性，结果表明，冷板液冷方式能很好地满足散热要求。雪佛兰Volt电动车在底特律举办的北美国际汽车展上大方光彩，其锂离子电池组容量达到16kW·h，所采用的镶嵌式液冷系统设计精良，实际使用说明此液冷系统散热性能良好。上述研究表明，目前的研究大多集中于电池冷却，而对电池低温加热这一重要问题研究较少，严寒条件下电动汽车启动是电池热管理系统不可避免的一个问题，有必要进行相关的研究。 本文针对某商用112．5Ah三元锂电池所组成的电池模组，采用国内常用的基于液体介质的
电动汽车动力电池热管理系统，研究了冷却、加热两种工况下电池模组的温度分布，为以后热管理系统优化提供一些参考。
1电池温控管理系统组成
电池温控管理系统组成，主要由箱体、主控制器、压缩机、水泵、冷凝器、PTC加热器、板式换热器、DC/DC电源、散热风扇、温度传感器、电流传感器、断路器、接触器、充电电阻、过滤器、高低压开关以及热力膨胀阀等组成。压缩机、水泵、冷凝器、过滤器和热力膨胀阀通过各自的安装板固定在其安装座上，安装座则焊接在箱体上。PTC加热器安装在箱体附近，且低于箱体安装位置，方便冷却液（水和乙二醇）循环。板式换热器、散热风扇和滤波电容则直接安装在箱体上；DC/DC电源固定在箱体的上盖板上；个温度传感器分别安装在进水管和出水管上，1个温度传感器安装在箱体上。电流传感器、断路器、接触器、充电电阻和主控制器安装在控制盒中，控制盒则通过支撑板和螺栓固定在箱体上。箱体材质采用铝合金，具有重量轻的特点。
温控管理系统控制部分的核心部件为主控制器，基于C语言程序控制，其布局见图2，由传感器信号采集电路、高压采集比较电路、继电器电路、ARM7芯片、隔离电路、CAN总线
电路、PWM电路等组成。ARM7芯片采用贴片式封装，功耗低，体积小，可靠性高。输出采用继电器、CAN、PWM等模式。水管温度传感器
2技术参数
2.1系统工作原理
电池温控管理系统工作原理，主控制器的DC24V电源由BMS提供，主控制器与BMS及压缩机之间采用CAN进行通信。主控制器上电后，先给主继电器和预充继电器一个接通的动作指令，主控制器接收并分析BMS的报文。电池高压直流电经DC1000V/50A断路器后，一路经预充电路，通过主继电器对压缩机和PTC加热器进行供电；另一路则通过DC/DC电源模块，输出DC24V，经断路器后对水泵和散热风扇进行供电。温控管理系统根据电池管理系统发送的数据，具有自动开启制冷模式、制热模式和待机模式等功能。
温控管理系统中空调系统原理，压缩机将气态的制冷剂压缩为高温高压的液态制冷剂，然后送到冷凝器，散热风扇吸入的空气流经冷凝器，带走制冷剂放出的热量，使高压制冷剂蒸气凝结为高压液体；高压液体经过过滤器，热力膨胀阀后，实现冷凝压力至蒸发压力的
调节。同时，电池冷却液流经板式换热器时，热量被制冷剂带走，从而达到使冷却液降温的目的。
2.2系统对外接口
温控管理系统对外机械接口除箱体和PTC加热器分别通过4个螺栓固定在车内安装板上以及一根冷凝器排水管接口外，与电池冷却系统之间还有一根进水管和一根出水管接口。系统对外电气接口为2个连接器。高压连接器中的电缆与尾舱电池相连接，为温控管理系统提供高压电源（DC400~688V，额定电压576V）；低压连接器中包含BMS与TMS之间的CAN通信信号、DC/DC的使能和激活信号以及BMS供给主控制器DC24V信号。TMS有两个CAN通道，即与BMS的通信通道和压缩机转速控制通道。系统接口管路图见图5，冷却液的流向如箭头所示，通过空调系统或加热模块调节冷却液的温度，对电池的温度进行控制。
3主要控制策略
3.1PTC加热器控制模式
PTC加热器采用PWM控制，可提高控制精度。控制信号频率为1kHz，调节范围0~100％。根据电池温度，通过软件程序调节PWM占空比，占空比在10％以下，PTC加热器断开；占空比在10％~90％之间，PTC加热器功率按占空比输出；占空比在90％以上，PTC加热器满功率输出。PTC加热器工作时，电池平均升高温度应达到≥0.25℃/min。
3.2压缩机控制模式
压缩机采用CAN总线控制，可实现软启动，同时提高控制精度及使用寿命。基于压缩机的转速-功率曲线、电池温度值和空调系统设计方案，通过软件程序发送CAN总线指令，设置压缩机不同转速值，匹配系统最佳制冷功率，保证空调系统制冷时，电池平均降低温度应达到≥0.25℃/min。
3.3高压预充电控制
主控制器控制预充电功能，采用主继电器两端电压采集比较方式判定预充电是否完成，默认采集点两端电压差在±10V内即为预充电完成。根据BMS发送的上电指令完成预充电工作，从而保证对输入端2熔断器（BMS侧）不会发生多次冲击而熔断。
3.4水泵控制模式
水泵采用PWM控制，可提高控制精度。PWM信号为0~5V电压，调节范围0~100％。基于水泵的流量、扬程和功率曲线，通过软件程序调节PWM占空比，占空比在10％以下，水泵不启动；占空比在10％~90％之间，水泵转速按占空比输出；占空比在90％以上，水泵按最高转速运行。
结语
电池温控管理系统是新能源电车电池领域中一个十分关键和重要的系统，本系统集成了通信、制冷及加热等功能，不仅实现了在动力电池温度过高或过低时实时调节的目的，还能将温控管理系统所采集到的电池工作状态反馈到电池管理系统，以备驾驶员实时查看电池运行状态。本文所设计的电池温控管理系统部件均采用了汽车行业内成熟、可靠的零部件，同时，优化的系统配置和控制策略提高了系统的可靠性和控制精度，进而提高了整车运行的可靠性。
参考文献
[1]李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.
[2]谭浩强.C语言程序设计教程[M].北京：清华大学出版社，2012.
[3]康华光.电子技术基础-模拟部分[M].北京：高等教育出版社，2013.
[4]赵南，田钧.基于空调技术的纯电动车电池系统恒温装置的研究[J].制冷学报，2013（2）：96-102.
[5]方财义，汪韩送，罗高乔，等.纯电动汽车热管理系统的研究[J].电子设计工程，2014（4）：137-139.
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