Honda e动力电池系统热管理与冷板设计解析

编者按

Honda e共有6个水冷板，布置在12个模组的底部，进出水口设置在冷板的中间，进出水管也布置在中间，相当于整车的中英通道位置。

Honda e是本田第一个意义上的量产纯电动，小巧、有颜值、有质感，面向欧洲市场，这款车推出的时间几乎和大众ID.3在同一个时期，依然不落下风，很受欧洲人的青睐，用二次元的语言说就是“欧洲人很吃它的颜”。

35.5kWh的电量，200公里的续航，30分钟内充满80%电量，妥妥的城市代步车，这些都是通过下面这个电池包来实现的。

为了维持整车良好的性能，Honda e需要对车上的几个主要电驱动系统部件进行温度管理，让每个部件都处在它最舒服的范围，即所谓的热管理设计。这几个部件是：电池、DCDC/OBC、电机、电控（PCU）。这几个部件所需要的温度区间，以及在什么工况下需要进行热管理，如下表所示。

表中可以看出，电池的工作温度区间最低，DCDC/OBC温度区间稍高，电机电控的温度最高，并且电池需要在所有场景下进行温度管理。识别这个温度区间的高低很重要，它关系到如何来进行水冷架构，很明显，假设这些部件在同一个回路，那么在冷却时，冷却液要先经过电池，再流向DCDC/OBC，最后再流到PCU（电控），再流到电机，因为越向后，冷却液的温度越高。

根据温度区间的高低，在划分热管理架构时：电池、DCDC/OBC作为一个回路，PCU作为一个回路，电机作为一个回路。整个动力系统的热管理架构图如下（看不懂直接PASS，后面会再细讲，然后你再回头来看这个总图）：

我们重点来看下电池的热管理设计，分为三部分，一是总体的策略，二是电池水冷板的设计，三是加热策略的设计。

总体热管理策略：

（1）为避免电池过加热或是过冷却，将采用Battery-Bypass模式，即水冷回路不经过电池，这个模式通过三向阀EWV1开，三向阀EWV2关闭来实现。

（2）如果对电池进行，或是不用电加热器来加热电池的话，将采用Non-Bypass模式，此时阀1关闭，阀2也关闭，回路先流过电池，再流到DCDC和OBC。

（3）如果需要用电加热器来对电池进行加热，那就会采用Radiator –Bypass模式，即绕过散热器，此时阀1，阀2都关闭，电加热器EWH开启。

这样，根据电池的温度和冷却液的温度（通过温度传感器CTS获得）建立起的坐标，如下，将电池的温度区间划分为5个，分别为区 A/B/C/D/E/F。

A区：是电池最舒适的温度区间，不需要冷却或加热，所以冷却回路不经过电池；

B区：冷却液的温度太高，会伤到电池（高于温度上限），所以回路也要绕过电池；

C区：冷却液的温度太低，会让电池的温度低于下限，所以冷却回路也要绕过电池；

D区：电池的温度过高，需要冷却，所以切换到Non-Bypass模式；

E区：电池的温度过低，需要加热，所以切换到Non-Bypass模式。F:加热绕过散热器，可转向C/E区。

电池水冷板的设计

Honda e共有6个水冷板，布置在12个模组的底部，进出水口设置在冷板的中间，进出水管也布置在中间，相当于整车的中英通道位置。这个设计的优点在于水冷管路的结构安全性高，缺点在于与主回路高压在同一位置（上下），冷却液泄漏、冷凝水的风险较高。

水冷管为口琴管式，里面共有18个流道，流道的作用在于增加水冷管的强度、增加管内冷却液的均温性、增加管的可制造性；模组与水冷板之间设计有导热垫，以提高电池与冷却液之间的导热率，整个模组与水冷板结构的剖视图如下：

这个热界面（模组底部与水冷板）面临的主要挑战在于：如何用最简单的方案，保证热界面一直保持着良好的接触；冷板装配的公差。Honda e还是有不少的创新值借鉴，包括冷板的支撑弹簧、导热垫的粘弹特性、冷板的橡胶支撑（考虑橡胶的热特性、老化特性等），综合起来，不断优化。

另一个需要处理的是保证每个冷板的流量和流速，为了达到此，本田对进出不同位置水冷板的管道直径进行了差异化设计，如下表：

电池加热策略

加热的优先与否取决于以下几个方面：整车是否在充电（Plug in），是否预设了空调制暖，是否有远程加热需求等，总体的策略如下表:

结合表来看：

（1）在低温环境下，开车前会对电池进行预热，这样能够提电池的输出功率和电能，电池预热后再进行空调预加热。

（2）低温度下，充电，对电池的预热与充电同时启动。该种情况有些车企业的策略是先利用电网的电对电芯进行加热。

（3）低温度环境下，整车没有处于充电即充电器没有接入电网，此时，为了保护电池，会在电池降低至预定的温度时自行启动加热，当电池温度回升到一定的数值时，停止加热，随后如果电芯温度再次降低到低点，再次启动加热。

（4）低温行驶会进行边行驶边加热，以提高电芯的输出功率，电芯温度达到一定的数值时，停止加热，以节省电能。

从本田对Honda e这套热管理系统的测试与实际使用来看，效果还是不错，例如在低温下开车前预加热、和不预加热两种情况对比，采用预加热的可以多出26%的续航里程。

在此之前，日企对电池的热管理相对推崇自然冷却或风冷，更多强调电芯本体的安全，像丰田Prius、日产Leaf，但高比能电芯热稳定性差，水冷系统将是该类电芯的必然选择，本田是第一个尝试电动汽车水冷方案的日企。