DY360—40高功率镍氢电源系统研制
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摘 要 研制的混合动力客车用dy360-40高功率镍氢电源系统，主要由40Ah高功率镍氢电池、一体化集成结构、散热系统、电池管理系统以及高压安全部件构成。对系统的绝缘性能、一致性、直流内阻、脉冲充放电性能和模拟工况温升试验等进行了测试，设计实例可以改善整车节油效果。
关键词 混合动力客车；高功率；镍氢电源系统；整车节油
中图分类号TM 91 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0120-02
与锂离子电池相比，镍氢电池低温性能好，可适应大功率放电，耐过充过放，管理系统相对简单，有较高的回收价值。国内许多单位研发了旨在用于电动汽车的功率型镍氢电池，并取得较大进展。
混合动力汽车行驶过程中的能量循环必须经过充电—放电—充电，高的充放电效率对保证整车效率具有至关重要的作用[1]。目前国内多数电源系统尚不能完全满足整车对电池功率的要求，导致制动能量回收不完全，节油效果不明显，影响了混合动力客车的推广使用。本文作者对电源系统进行了一体化集成设计，提升了其大电流充放电能力和能量效率，进而提高了整车的节油率。
1 DY360-40高功率镍氢电源系统研制
1.1 40Ah高功率镍氢电池的研发
采用电池电容化的设计理念，应用功能复合型电池材料实现电容和电池功能的集成；优化电极制备工艺，增大电极面积和缩小电极间距，降低了电池内阻，提高了电池功率密度；将电池极柱革新为平台梳形结构，有效增加极柱与极片的导流面积，显著提高了电池可靠性和大电流充放电能力。研发的40Ah高功率镍氢电池，内阻明显降低，大电流充电接受能力和大电流放电持续时间得到大幅提升。
1.2一体化集成结构设计
根据整车要求，将电源系统设计成两个外形结构尺寸相同的电池包。利用仿真分析技术对电池包结构进行分析，轻量化设计的同时保证了足够的安全裕度，提高了抗撞击和防变形性能。与整车单位协同设计，提高了系统防护等级，以保障整车安全。
1.3散热设计
目前电池冷却方式主要有空气冷却、液体冷却和相变材料冷却，文中采用空气冷却方式。潘宏斌等[2]通过STAR-CD和ANSYS仿真软件对电池包的散热进行了仿真分析；帅荣俊等[3]利用红外热像仪技术对镍氢电源系统进行了热平衡研究。在此基础上采用混行风道设计，从电池顶部、两侧以及绝缘格栅处通风，对电池进行全方位均匀冷却。
1.4电池管理系统
主要由主控和采集两大单元组成。主控单元完成总电流、总电压采样，进行SOC估算，通过内CAN和采集板通讯，通过外CAN和整车ECU通讯。采集单元对电池运行状态进行实时监控，并能够检测出存在问题的电池，提供报警信号。采用高精度的电流传感器和采集电路设计，提高采集频率、优化滤波模型，利用工况过程中的稳定参数进行修正，实现高精度SOC模型估算。
1.5高压安全设计
单体电池间采用格栅结构及底端凸台设计，电池模块和电池包均采用新型绝缘结构固定，系统中产生高压电的部分被完全密闭。设置了高压控制回路，管理系统发出控制信号供整车进行控制。采用绝缘检测模块对电池绝缘状态进行监测，当达到设定下限时进行报警。
2 结果与讨论
2.1绝缘性能测试
用绝缘电阻测试仪分别测量电池包的正极和负极对电池箱体的绝缘电阻，实测结果为两个电池包对电池箱体的阻抗均大于150MΩ，满足要求。
2.2 电池模块电压一致性测试
在室温条件下以40A电流将系统放电到300V，然后以20A电流恒流充电1h，搁置4h以上，测量每个电池模块的电压。模块电压测试值最大为13.76V，最小为13.71V，30组电池模块之间电压最大差别为50mV，一致性较佳。
2.3 直流内阻
在室温条件下以40A电流将系统放电到300V，然后以20A电流恒流充电2h，再改用4A电流充电1h。然后在室温条件下以40A电流放电0.5h，搁置0.5h，然后以80A电流放电10s。根据测试的系统电压，经计算其直流内阻为0.229Ω，小于0.3Ω的要求。
2.4 20℃脉冲充放电性能
在20±5℃条件下以40A电流将系统放电到300V，然后以20A电流恒流充电2h，再改用4A电流充电1h。搁置0.5h，用40A电流放电0.5h，搁置0.5h后，用240A的电流对系统充电20S，搁置0.5h后，用320A的电流对系统放电20S。实测结果为20S末脉冲充电电压为450.3V，20S末脉冲放电电压为331.1V。表明该系统的充电电压较低，放电电压较高，脉冲性能优良，更适合于大电流充放电。
2.5模拟工况温升试验
在30±2℃条件下，对系统进行模拟工况温升试验，利用电池管理系统采集存储数据。在工况循环中电池逐渐达到热平衡，温度基本稳定在40℃～44℃之间。其中最高温度44℃，最高平均温度41℃；最高温升14℃（整车要求
2.6节油率
整车厂在某汽车实验场进行了百公里油耗试验，三次测试的平均油耗大约在20.724升左右。远低于整车厂目标25升，可见采用该系统节油效果明显，有助于提升整车的市场竞争力。
3 结论
测试结果表明，研制的DY360-40高功率镍氢电源系统具有良好的绝缘性能、模块电压一致性和脉冲充放电性能；系统的直流内阻较小，更适合于大电流的充放电。通过性能考核和模拟运行工况综合分析，该系统可满足混合动力客车的能量和功率需求，节油效果显著。
参考文献
[1]朱东，曾祥兵，任海娟.混合动力汽车用镍氢电池性能研究[J].合肥工业大学学报，2011，34（12）：1793-1794.
[2]潘宏斌，赵家宏，冯夏至，等.仿真分析技术在镍氢电池模组结构优化设计中的应用[J].机械工程学报，2005，41（12）：58-61.
[3]帅荣俊，匡德志，曹广勇，等.远红外热成像在评估电池热平衡中的应用[J].电池工业，2009，14（4）：240-243.