搭载三元锂或镍氢电池的HEV的磷酸铁锂HPEV化探讨

西山云舞

【数码之家首发】

Hi，我是西山云舞，爱分享的无厘头伪极客，5年环保/危废、8年电子硬件开发/管理、8年自闭症教育行业经验，欢迎关注！本文有删减，如对您有所启发，请索取本文《完整版》进一步了解，帮我充电，鼓励我继续深入研究与交流，谢谢。



免责声明
本文是对一种HEV车辆转变为PHEV车辆的技术思路进行原理上的探讨，读者不应根据本文进行实际改装，本文也不是可实施的具体方案。作者不提倡改装，并且不对任何改装行为及后果负责。



原厂电池
概况
原车电池64串3.7V三元，以下数据由从事汽车空调相关工作的起亚车友提供，由431诊断仪实测动力电池端电压、电流、SOC。




并提供车辆仪表上电池容量表的状态。



整理后与典型三元锂电池放电曲线比较（图片来源见水印，侵删，下同）。



考虑了电池内阻带来的压降等因素后，得到的初步结论是：车辆仪表上电池容量表与431诊断仪所显示的SOC一致，并且就是电池单体的实际SOC。



充放电策略

车友还提供了以下细节：

1、正常行驶时，仪表上电池容量表一般保持8小格（共16小格，即SOC50%）左右，由此得知原厂的电池使用策略是保持在SOC=50%左右，此策略能有效延长电池的使用寿命故。该车型在使用七八年后，里程高者达到十几万公里，依然没有可感知的电池衰减；

2、长下坡可以充电到14小格，市区严重堵车的时候放电至剩四小格。由此得知，原车电池的使用范围可宽达25～88%；

3、原车电机额定功率36kW。


PHEV电池

选型

为了简化电路，亦为了避免接入冲击，PHEV电池与原车电池通过保险丝直接并联（首次接入必须先通过预充电阻达到电压一致）。带来的好处包括PHEV电池组能参与刹车和长下坡的动能回收。

原车电池的SOC使用范围25～88%，考虑到低SOC时电池内阻上升，发动机容易启动，同时考虑尽量在SOC=50%附近使用，以延长寿命，初步设想原车电池在PHEV状态下SOC使用范围40～80%，对应电压230～253.3V。

PHEV电池需要使用尽量大的SOC范围，因此采用磷酸铁锂功率型电池，利用其平缓的放电曲线，达到不影响原车电池窄SOC使用范围的目的。

由于磷酸铁锂必须定期充满以便进行容量均衡，所以必须使用到充电末期端电压快速上升阶段的电压。（注意下图是能量型电池而非功率型电池的曲线图，仅用于示意）



【此处省略120字】。


PHEV电池组设计

原车电池电压最高253.3V，可得电池串联数：【此处省略70字】。


PHEV电池组SOC范围

当原车电池放电至SOC%，电压=230V，并联的PHEV电池单体电压为：【此处省略20字】，考虑到SOC10%以下内阻快速上升，此设置既可延长电池寿命又可以减少温升。





即PHEV电池能使用SOC=12~99%的部分（下图天青色+鹅黄色部分）。



原车电池组SOC范围

下图覆盖区颜色与上图对应，可见在实际使用的充放电过程中，PHEV电池（上图鹅黄色区域）的绝大部分使用时间中，对应的原车电池（下图）工作在SOC50~57的窄范围（包括刹车回收能量），分担了原车电池大部分的充放电负荷，同时保持在最健康的SOC范围，能明显减少原车电池的寿命损耗。



镍氢电池HEV

使用镍氢电池组的HEV车辆，例如普锐斯等丰田混动汽车，通常可用的电量范围为40%-80%区间，亦可以参考本文思路，具体计算略，如有需要补充请联系。


焰通道，当HPEV电池热失控时能控制火焰喷射方向。



热设计
由于不同型号的具体单体结果差距较大，故此计算过程略去。

例如用0.015导热系数，5mm厚气凝胶包裹电池组，热阻0.55℃/W，则时间常数10小时，1C放电，PACK发热功率约200W，40℃/0℃电池起始温度下，终末温升约10℃/18℃。

在1C放电后继续1C充放电（PACK平均发热功率150W），40℃电池起始温度下，连续行驶12小时，终末温升约60℃。

考虑在25℃车内空调环境下，电池终末温度将达到85℃，超过许用上限。

如果底部贴3mm导热片通过车壳散热，其余五面气凝胶条件下，热阻降到0.2℃/W，时间常数4小时，同样条件下，1C放电终末温升约9℃/16℃；连续行驶12小时，终末温升约30℃。在25℃车内空调环境下，电池终末温度55℃，在许用范围内。焰通道，当HPEV电池热失控时能控制火焰喷射方向。



热设计
由于不同型号的具体单体结果差距较大，故此计算过程略去。

例如用0.015导热系数，5mm厚气凝胶包裹电池组，热阻0.55℃/W，则时间常数10小时，1C放电，PACK发热功率约200W，40℃/0℃电池起始温度下，终末温升约10℃/18℃。

在1C放电后继续1C充放电（PACK平均发热功率150W），40℃电池起始温度下，连续行驶12小时，终末温升约60℃。

考虑在25℃车内空调环境下，电池终末温度将达到85℃，超过许用上限。

如果底部贴3mm导热片通过车壳散热，其余五面气凝胶条件下，热阻降到0.2℃/W，时间常数4小时，同样条件下，1C放电终末温升约9℃/16℃；连续行驶12小时，终末温升约30℃。在25℃车内空调环境下，电池终末温度55℃，在许用范围内。

wxhjsr

职业高手文章，那么问题来了，64串3.7V的三元原车电池电压最高253.3V，是不是换算成磷酸铁锂69节或者70节，你就别【此处省略xx字】了

西山云舞

wxhjsr 发表于 2025-4-26 15:12
职业高手文章，那么问题来了，64串3.7V的三元原车电池电压最高253.3V，是不是换算成磷酸铁锂69节或者70节， ...

的确不是，有些技术细节在，所以就省略啦。