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摘要：基于熱管理系統在新能源汽車中的重要性，以及目前系統開環控制存在的問題，介紹了一種新能源汽車熱管理系統的設計方案，包括暖風空調子系統、驅動與電控總成子系統和電池包子系統，并對整車上搭載的電子水泵進行性能測試。該熱管理系統可在3種回路下進行切換，以適應新能源汽車不同的工況；其為閉環控制，有實時反饋和實時控制功能，能夠充分利用發熱部件的余熱進行溫度管理，有效降低電池能耗，達到舒適、節能的效果。
關鍵詞：新能源汽車；熱管理系統；熱管理回路
1目前新能源汽車熱管理系統存在的問題
目前大部分熱管理系統為開環控制，即沒有壓力、流量、溫度傳感器對具體工作狀況進行實時反饋，無法有效管理系統根據實際工作狀態進行實時控制；在汽車運行中，由于驅動電機和控制器產生的熱量沒有得到充分利用，不但造成能量浪費，而且不利于節能環保[3-4]。
2熱管理系統方案
2.1系統組成
文章的新能源汽車熱管理系統包括暖風空調子系統、驅動與電控總成子系統和電池包子系統，如圖1所示，三者由汽車整車控制器（VCU）進行控制。電池包子系統、驅動與電控總成子系統通過三通水閥1相連接；電池包子系統、暖風空調子系統通過三通水閥2與三通水閥3相連接。暖風空調子系統包括電子水泵2、壓力傳感器3、壓力傳感器4、流量傳感器2、水溫傳感器2、PTC加熱器、三通水閥3、蒸發器、三通水閥2、膨脹水壺；電池包子系統包括電子水泵2、壓力傳感器3、壓力傳感器4、流量傳感器2、水溫傳感器2、PTC加熱器、三通水閥3、電池包、三通水閥2、膨脹水壺；驅動與電控總成子系統包括電子水泵1、壓力傳感器1、壓力傳感器2、流量傳感器1、水溫傳感器1、OBC&DC/DC&PEU三合一控制器、驅動電機、三通水閥1、膨脹水壺、散熱器。PTC加熱器為正溫度系數電阻絲。
2.2各子系統的循環回路
該熱管理系統各子系統的循環回路如下：1）暖風空調子系統，加熱模式的冷卻液循環回路為：膨脹水壺→壓力傳感器3→電子水泵2→壓力傳感器4→流量傳感器2→水溫傳感器2→PTC加熱器→三通水閥3→蒸發器→三通水閥2→膨脹水壺。2）驅動與電控總成子系統，散熱模式的冷卻液循環回路1為：膨脹水壺→散熱器→壓力傳感器1→電子水泵1→壓力傳感器2→流量傳感器1→水溫傳感器1→OBC&DC/DC&PEU三合一控制器→驅動電機→三通水閥1→膨脹水壺。3）驅動與電控總成子系統、電池包子系統相連接的回路，利用OBC&DC/DC&PEU三合一控制器、驅動電機運行時所產生的熱量，給電池包加熱模式的冷卻液循環回路2為：膨脹水壺→散熱器→壓力傳感器1→電子水泵1→壓力傳感器2→流量傳感器1→水溫傳感器1→OBC&DC/DC&PEU三合一控制器→驅動電機→三通水閥1→電池包→膨脹水壺。4）暖風空調子系統、電池包子系統相連接的回路，利用PTC加熱器給電池包加熱模式的冷卻液循環回路為：膨脹水壺→壓力傳感器3→電子水泵2→壓力傳感器4→流量傳感器2→水溫傳感器2→PTC加熱器→三通水閥3→電池包→三通水閥2→膨脹水壺；暖風空調子系統中，PTC加熱器將冷卻液加熱后，經由蒸發器安裝的風扇，將熱量吹入車艙內，實現車內取暖；電池包子系統中，PTC加熱器將冷卻液加熱后，熱量經過電池包內部，實現電池包的加熱。
2.3各子系統的工作方式
驅動與電控總成子系統設有壓力傳感器1、壓力傳感器2、流量傳感器1、水溫傳感器1。通過計算壓力傳感器1、壓力傳感器2測量的壓力，可得知電子水泵1工作時的揚程，即回路的系統壓力；流量傳感器1可測量電子水泵1工作時的流量，即回路的冷卻液流量；水溫傳感器1可測量回路的冷卻液溫度，從而實時控制電子水泵1的工作狀態，當測量到冷卻液溫度較低時，整車VCU發出控制信號，降低電子水泵1的轉速，系統壓力、流量同步降低，反之則提高電子水泵1的轉速，系統壓力、流量同步提高。暖風空調子系統和電池包子系統設有壓力傳感器3、壓力傳感器4、流量傳感器2、水溫傳感器2。通過計算壓力傳感器3、壓力傳感器4測量的壓力，可得知電子水泵2工作時的揚程，即回路的系統壓力；流量傳感器2可測量電子水泵2工作時的流量，即回路的冷卻液流量；水溫傳感器2可測量回路的冷卻液溫度，從而實時控制電子水泵2的工作狀態，當測量冷卻液溫度較低時，整車VCU發出控制信號，降低電子水泵2的轉速，系統壓力、流量同步降低，反之則提高電子水泵2的轉速，系統壓力、流量同步提高。
2.4傳感器選型參數
系統中各傳感器的選型參數如下。壓力傳感器1、3的量程為-100~100kPa，壓力傳感器2、4的量程為0～200kPa，精度為0.5%F.S.，工作電壓（DC）為5~24V，輸出信號（DC）為1~5V。流量傳感器1、2的量程為0~100L/min，精度為±1%，最低額定電壓（DC）為4.5V，供電（DC）范圍為5~24V，負載能力≤10mA（DC5V），最大工作電流為15mA（DC5V）。溫度傳感器1、2的型號為Pt100，類型為NTC熱敏電阻，采用三線制接法接入溫控儀，實現水溫的測量。電子水泵的功率范圍為：10~1500W。
3新能源熱管理系統的測試
根據上述方案，搭建并調試了新能源汽車的熱管理系統，如圖2所示。以某型號的電子水泵為對象，測試了其在不同流量下的額定電流、額定電壓和進出口壓力，并通過程序計算處理得出額定功率、揚程和效率值。通過曲線擬合后，獲得電子水泵的性能曲線，如圖3所示，完成電子水泵的基本性能測試。在圖3a中可以看到，電子水泵的揚程（壓差）隨著流量的增加而減小，流量越大，揚程越小，在流量為0~20L/min時，揚程較為穩定；在圖3b中可以看出，泵的驅動功率隨流量的增加而增加，從曲線趨勢可知，當流量為0時，功率最低；在圖3c中可以看到，隨著電子水泵流量的增加，泵效率值增加到最大值，并且在一定流量范圍內（流量值在18~32L/min）變化較小，之后隨著電子水泵的流量逐步增加，水泵效率逐步降低。
4結論
文章介紹的熱管理系統為閉環控制，具有實時反饋和實時控制功能，能夠綜合管理，優化控制，充分利用發熱部件的余熱進行溫度管理，從而有效降低電池能耗，達到舒適、節能的效果。該熱管理系統可在3種回路下進行切換，以適應新能源汽車不同的工況。此外，在汽車熱管理應用中，還可以實現諸如控制泵的啟動/停止、流量控制、壓力控制、功率控制、防干運轉保護，以及電壓過壓、欠壓、過流、過載和啟動故障保護等功能。泵的工作狀態可以由外部信號控制。電子水泵具有結構緊湊、使用方便、功能強大、使用壽命長、性能穩定、噪聲低、能耗低、效率高等優點，被廣泛應用于汽車熱管理系統中，已成為一種后續發展趨勢。
參考文獻
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[2]代聰.汽車電子水泵實驗測試裝置系統設計[J].機床與液壓，2017（10）：123-125.
[3]李珍珍，楊勝兵.基于模型的電動汽車驅動系冷卻控制系統設計[J].武漢理工大學學報（信息與管理工程版），2015（8）：417-420.
[4]鐘紹俊，黃鎮海，黃艷巖.汽車發動機冷卻水泵性能測試系統設計[J].中國計量學院學報，2006，17（3）：196-198.
作者:單志友 單位:大陸汽車電子(蕪湖)有限公司
