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摘要:本文設(shè)計(jì)了一種增程式電動(dòng)車熱管理系統(tǒng)，既最大限度地實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)的余熱回收，又可將發(fā)動(dòng)機(jī)余熱及電機(jī)余熱按需求分配至空調(diào)及電池加熱系統(tǒng)，是一種高效、節(jié)能的熱管理系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:增程式電動(dòng)車；熱管理系統(tǒng)；四通換向閥；調(diào)溫器；PTC水加熱器；電池包；熱管理控制器

增程式電動(dòng)車是一種增加了增程發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)車，當(dāng)車載電池儲(chǔ)能系統(tǒng)無(wú)法滿足續(xù)航里程要求時(shí)，打開(kāi)增程發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力系統(tǒng)提供電能，以延長(zhǎng)續(xù)航里程的電動(dòng)汽車。在電池電量充足時(shí)，動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)，提供整車驅(qū)動(dòng)功率需求，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不參與工作。當(dāng)電池電量消耗到一定程度時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)為電池提供能量對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電。當(dāng)電池電量充足時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)又停止工作，由電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)，提供整車驅(qū)動(dòng)。隨著新能源汽車發(fā)展，增程式電動(dòng)車由于既擁有純電動(dòng)車的駕駛體驗(yàn)，又擁有燃油車的能源補(bǔ)充便利性，解決了純電動(dòng)車的里程焦慮，因此越來(lái)越受到市場(chǎng)的青睞，國(guó)內(nèi)外汽車廠商開(kāi)始加大對(duì)增程式電動(dòng)車的研發(fā)。其中，增程式電動(dòng)車的熱管理系統(tǒng)不僅承擔(dān)著空調(diào)系統(tǒng)熱管理，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冷卻，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)冷卻，而且還承擔(dān)了電池?zé)峁芾碇厝?，其重要性不言而喻。目前?guó)內(nèi)外增程式電動(dòng)車熱管理系統(tǒng)按照電池?zé)峁芾矸绞椒譃閮深?，一類是以理想one為代表的電池液冷型增程式電動(dòng)車熱管理系統(tǒng)，另一類是以寶馬I3為代表的電池直冷型增程式電動(dòng)車熱管理系統(tǒng)，其電池冷卻采用制冷劑直接冷卻，電池包無(wú)外接加熱系統(tǒng)，關(guān)于理想one增程式電動(dòng)車熱管理系統(tǒng)，其電池包冷卻及加熱均外接采用冷卻液間接冷卻及加熱，原理圖如圖1所示。

1背景技術(shù)缺陷

理想one電池液冷型增程式電動(dòng)車熱管理系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：1）純電模式下，空調(diào)加熱及電池加熱源只有PTC水加熱器單一加熱源；2）電池冷卻及加熱方式均是采用間接式冷卻以及加熱，如電池加熱系統(tǒng)是采用板式換熱器間接獲取熱源給電池包加熱；3）該增程發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)調(diào)溫器為蠟式調(diào)溫器。理想one增程式電動(dòng)車熱管理系統(tǒng)存在以下技術(shù)缺陷：1）在冬季純電模式下，加熱源單一，空調(diào)暖風(fēng)芯體及電池包加熱完全依賴PTC水加熱器加熱，導(dǎo)致PTC消耗功率大，縮短車輛續(xù)航里程；并且設(shè)計(jì)時(shí)需選擇加熱功率大的PTC水加熱器，成本高。2）在冬季增程模式下或發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行后，發(fā)動(dòng)機(jī)余熱與熱交換器進(jìn)行二次熱交換之后間接傳遞給電池加熱，導(dǎo)致電池包低溫加熱溫升速度慢。

2一種新型熱管理系統(tǒng)

為規(guī)避以上技術(shù)缺陷，下面提供了一種增程式電車熱管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)的余熱回收，同時(shí)，又可將發(fā)動(dòng)機(jī)余熱及電機(jī)余熱按需求分配至電池包或駕駛艙空調(diào)加熱。

2．1純電模式狀態(tài)下熱管理系統(tǒng)中空調(diào)及電池加熱系統(tǒng)工作原理、控制策略

在純電模式時(shí)，乘員艙暖風(fēng)芯體加熱及電池包加熱的熱源主要來(lái)自電機(jī)余熱加熱，并且輔助PTC水加熱器加熱。系統(tǒng)原理如圖3所示。1）當(dāng)僅需給暖風(fēng)芯體加熱時(shí)，兩通電磁閥開(kāi)啟、電池加熱水泵關(guān)閉，系統(tǒng)循環(huán)路徑是：電機(jī)冷卻水泵?電子三通閥3?電驅(qū)動(dòng)部件?四通換向閥?暖風(fēng)電子水泵?PTC水加熱器?暖風(fēng)芯體?兩通電磁閥?電子三通閥1（閥門1關(guān)閉，閥門2打開(kāi)）?四通換向閥?電子三通閥2（閥門1關(guān)閉，閥門2打開(kāi)）?電機(jī)冷卻水泵。2）當(dāng)僅需給電池包加熱時(shí)，兩通電磁閥關(guān)閉，電池加熱水泵開(kāi)啟，系統(tǒng)循環(huán)路徑是：電機(jī)冷卻水泵?電子三通閥3?電驅(qū)動(dòng)部件?四通換向閥?暖風(fēng)電子水泵?PTC水加熱器?暖風(fēng)芯體?電池冷卻（加熱）水泵?電池包?電子三通閥1（閥門1關(guān)閉，閥門2打開(kāi)）?四通換向閥?電子三通閥2（閥門1關(guān)閉，閥門2打開(kāi)）?電機(jī)冷卻水泵。3）當(dāng)既需給暖風(fēng)芯體加熱，也需給電池加熱時(shí)，兩通電磁閥開(kāi)啟，電池加熱水泵開(kāi)啟，通過(guò)控制電池加熱水泵轉(zhuǎn)速來(lái)控制電池加熱水流量及加熱量大小。4）當(dāng)水溫傳感器溫度低于目標(biāo)要求時(shí)，可自動(dòng)控制電子三通閥2的閥門1完全關(guān)閉、閥門2完全打開(kāi)，從暖風(fēng)芯體或電池包出來(lái)的冷卻液直接回流至電機(jī)冷卻水泵，而不經(jīng)過(guò)低溫散熱器向外界空氣散熱，以便保證低溫環(huán)境下有限的電機(jī)余熱輸送給暖風(fēng)芯體或電池包加熱。5）當(dāng)水溫傳感器溫度達(dá)到或高于目標(biāo)要求時(shí)，可自動(dòng)控制電子三通閥2的閥門1和閥門2的開(kāi)啟角變化，使系統(tǒng)中多余的熱量經(jīng)過(guò)低溫散熱器散發(fā)到外界空氣中，直至該模式下冷卻系統(tǒng)達(dá)到熱平衡。

2．2發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下熱管理系統(tǒng)中空調(diào)及電池加熱系統(tǒng)工作原理、控制策略：

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電子三通閥1的閥門1開(kāi)啟、閥門2關(guān)閉，同時(shí)四通換向閥換向，使得發(fā)動(dòng)機(jī)高溫冷卻液經(jīng)過(guò)調(diào)溫器輸送給暖風(fēng)芯體及電池包加熱。該模式下空調(diào)及電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)原理如圖4所示。1）當(dāng)只需暖風(fēng)芯體加熱時(shí)，則關(guān)閉電池加熱水泵、兩通電磁閥開(kāi)啟，切斷電池加熱需求，高溫冷卻液直接經(jīng)過(guò)兩通電磁閥，然后通過(guò)電子三通閥1回到發(fā)動(dòng)機(jī)水泵及發(fā)動(dòng)機(jī)。在該模式下，如發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升慢，可開(kāi)啟PTC水加熱器輔助暖風(fēng)芯體加熱，提升乘員艙空調(diào)采暖舒適性。2）當(dāng)只需電池包加熱時(shí)，則開(kāi)啟電池加熱水泵、關(guān)閉空調(diào)暖風(fēng)，冷卻液經(jīng)過(guò)暖風(fēng)芯體后直接流向電池包給電池包加熱；若冷卻液溫度過(guò)高，可開(kāi)啟兩通電磁閥，將一部分高溫冷卻液從兩通電磁閥旁通，從而降低進(jìn)入電池包前的冷卻液溫度，使電池包工作在合適的工作溫度區(qū)間。3）若即需乘員艙加熱，也需電池加熱時(shí)，可通過(guò)兩通電磁閥開(kāi)關(guān)以及電池加熱水泵轉(zhuǎn)速，來(lái)控制電池加熱量與暖風(fēng)芯體加熱量比例；在該模式下，如發(fā)動(dòng)機(jī)余熱不足時(shí)，可開(kāi)啟PTC水加熱器進(jìn)行輔助加熱，若發(fā)動(dòng)機(jī)余熱過(guò)量時(shí)，可打開(kāi)調(diào)溫器出口一（該調(diào)溫器出口冷卻液流向高溫散熱器），將多余的熱量輸送至散熱器。4）當(dāng)水溫傳感器溫度低于目標(biāo)要求時(shí)，可控制發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)調(diào)溫器，將調(diào)溫器閥門一完全關(guān)閉，調(diào)溫器出口二（該調(diào)溫器出口冷卻液流向暖風(fēng)芯體及電池包）完全打開(kāi)，將發(fā)動(dòng)機(jī)余熱輸送給暖風(fēng)芯體及電池包加熱。5）當(dāng)水溫傳感器溫度達(dá)到或高于目標(biāo)要求時(shí)，可控制調(diào)溫器出口一閥門完全打開(kāi)的同時(shí)，將調(diào)溫器出口二閥門打開(kāi)，以便控制發(fā)動(dòng)機(jī)余熱在滿足暖風(fēng)芯體及電池包加熱分配需求后，將剩余的熱能分配到大循環(huán)高溫散熱器系統(tǒng)中進(jìn)行散熱，直至該模式下冷卻系統(tǒng)達(dá)到熱平衡。

2．3關(guān)于動(dòng)力總成余熱計(jì)算

當(dāng)純電模式車輛行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)、電機(jī)控制器以及DCDC逆變器工作，電池放電，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)熱量余熱計(jì)算公式如下：

3結(jié)束語(yǔ)

本文提供的這種增程式電車熱管理系統(tǒng)具有如下有益效果：1）設(shè)計(jì)了一套熱管理系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)的余熱回收，同時(shí)又可將發(fā)動(dòng)機(jī)余熱及電機(jī)余熱按需求分配至電池包和／或駕駛艙空調(diào)加熱；2）最大限度上的回收電機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱用于電池包及駕駛艙空調(diào)加熱，減小PTC加熱器的能耗；3）發(fā)動(dòng)機(jī)余熱同時(shí)給電池包及駕駛艙空調(diào)供熱時(shí)，通過(guò)控制調(diào)溫器出口一的開(kāi)度及電子水泵三的轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)余熱不同配比的分配到在電池包及暖風(fēng)芯體上；4）電機(jī)余熱同時(shí)給電池包及駕駛艙空調(diào)供熱時(shí)，通過(guò)控制電子兩通閥開(kāi)關(guān)及電子水泵三的轉(zhuǎn)速，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)余熱不同配比的分配到在電池包及空調(diào)暖風(fēng)芯體上。

參考文獻(xiàn)

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作者:孫寒峰 單位:上海銳鎂新能源科技有限公司