42V系统用36V-VRLA电池与热管理方法的开发

摘要：42Ｖ电力系统是在上世纪90年代由于对电功率的需求不断增加而开发的，目前已应用于轻型混合电动车（HEV）。为了满足轻型混合电动车舒适、安全、燃油效率高的要求，开发研制了42V系统用36V－VRLA电池，这种电池在加速寿命试验中模拟了轻型混合电动车的行驶模式,试验中显示出缩短电池寿命性能的主要原因是电池产生热量、高温所致。因此，分别试制了18V分体式和36V整体槽电池，并在整体槽电池中施加了热管理方法。事实证明，有效的热管理方法可以延长电池的寿命性能。 叙词：36V电池 热管理方法 混合电动车 Abstract：Development of 42V power system was initiated by the increasing demand of electric power in 1990s and now it has been applied to a type of　hybrid electric vehicle systems (HEVs). 36V-VRLA battery is developed to meet the requirements of a mild hybrid vehicle, which should be comfortable, safe and with high fuel efficiency.Under the accelerated duration experiment, driving mode for the mild HEV is simulated using the battery, which shows that the battery duration is shortened due to the heat generation and high temperature. Thus,　18V-split and 36V-monoblock batteries are developed and meanwhile thermal management is applied in monoblock batteries. It is proved that effective thermal management can extend the duration of the battery. Keyword：36V Battery, Thermal management, Hybrid electric vehicle

1 前言

1.1 42V系统的背景

汽车42V系统化的研究是：（1）由90年代中期，汽车电气自动化对电功率的要求有明显的增加；（2）提高混合型汽车的燃油效率和气体减排而发展起来的。新老电气自动化的不同之处，是传统自动化以油压和齿轮机械驱动的动力转向装置、制动器、悬架装置、发动机阀等全部由电气驱动运行。同时，新的电气自动化可通过严格的控制来提高燃油效率，并进一步使用电气加热式催化剂和快速为挡风玻璃除霜等新装置，从而为驾驶员提供了方便。相反，对电功率的要求由原来的最大2kW大幅度地增加到3kW～7kW，这就需要大功率的发电机。因此，同时也着手研究起动装置和发电机一体化起动直流发电机。通过一体化起动直流发电机的研究而发展到轻型混合动力系统。即，怠速、停行后的发动机起动和加速装置，制动时可以再生能量提高燃油效率和气体减排。而且，这一功能的实现是开发高性能36Ｖ－VRLA电池不可缺少的条件。目前，美国麻省理工学院（MIT）在全球范围内联合“42Ｖ系统的国际财团”，在欧洲针对汽车42Ｖ系统展开了研究探讨。日本电气学会“42Ｖ电源专业委员会及汽车技术学会42Ｖ分会”加大力度研发这一课题。在全球42Ｖ系统化的潮流中为了环保，汽车和汽车配件的生产厂家纷纷步入实用化的研制阶段。

1.2 42Ｖ系统的未来

全球关注的42Ｖ系统车辆，最初由日本国内生产厂家研制成功，第一款车于2001年8月已上市。接着，2002年秋下款42Ｖ系统车又推向了市场。2003年欧洲研制的42Ｖ系统车也进入了市场，这样42Ｖ系统车层出不穷地入市。我们期待着2005年～2010年这一系统的车辆正式开始普及。

100Ｖ或200Ｖ以上的高压纯混合动力系统车，比燃油车效率优良的42Ｖ系统车更早地上市，销售数量逐年增加。目前，这一系统主要是采用镍氢电池，但也有探讨选择锂离子电池。这些混合系统以助动装置为主的大功率负载可适应更宽的范围，同时具有高效再生能力，与42V系统相比大幅度地节省了燃油。但是，因成本高，被接受有一定的难度，尝试起来也是矛盾重重。所以，有人建议在42V系统中将36V-VRLA电池与双电荷电容器组合，目的是充分利用储能装置良好的再生充电性能，也是汽车替代产品中倍受关注的技术。可见上述各种混合系统车辆，未来将在电压、功能、及价格等多方位得到调整。但是，在试制过程中，应进一步地提高以电池为主要部件的产品性能及降低成本。预计2005年～2010年要大幅度推广低成本的42Ｖ系统混合电动车。

２　36V-VRLA电池的开发

轻型混合动力系统车，要求36V－VRLA电池通过部分荷电方式，满足怠速、停行后的发动机启动、加速助动装置和制动时的能量再生及长寿命等性能。即，低电阻、大功率及良好的可逆性和充电接受

性能，并可得到高的放电总量和循环寿命性能。因此，有必要对正极板、负极板、隔板、电解液等重要部件进行改进，其关系如图1所示。电池的尺寸与JIS标准