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摘要:本文設計了一種增程式電動車熱管理系統，既最大限度地實現了發動機及電機的余熱回收，又可將發動機余熱及電機余熱按需求分配至空調及電池加熱系統，是一種高效、節能的熱管理系統。
關鍵詞:增程式電動車；熱管理系統；四通換向閥；調溫器；PTC水加熱器；電池包；熱管理控制器
增程式電動車是一種增加了增程發動機的電動車，當車載電池儲能系統無法滿足續航里程要求時，打開增程發動機為動力系統提供電能，以延長續航里程的電動汽車。在電池電量充足時，動力電池驅動電機，提供整車驅動功率需求，此時發動機不參與工作。當電池電量消耗到一定程度時，發動機啟動，發動機為電池提供能量對動力電池進行充電。當電池電量充足時，發動機又停止工作，由電池驅動電機，提供整車驅動。隨著新能源汽車發展，增程式電動車由于既擁有純電動車的駕駛體驗，又擁有燃油車的能源補充便利性，解決了純電動車的里程焦慮，因此越來越受到市場的青睞，國內外汽車廠商開始加大對增程式電動車的研發。其中，增程式電動車的熱管理系統不僅承擔著空調系統熱管理，電驅動系統冷卻，發動機系統冷卻，而且還承擔了電池熱管理重任，其重要性不言而喻。目前國內外增程式電動車熱管理系統按照電池熱管理方式分為兩類，一類是以理想one為代表的電池液冷型增程式電動車熱管理系統，另一類是以寶馬I3為代表的電池直冷型增程式電動車熱管理系統，其電池冷卻采用制冷劑直接冷卻，電池包無外接加熱系統，關于理想one增程式電動車熱管理系統，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背景技術缺陷
理想one電池液冷型增程式電動車熱管理系統有以下特點：1）純電模式下，空調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）該增程發動機冷卻系統調溫器為蠟式調溫器。理想one增程式電動車熱管理系統存在以下技術缺陷：1）在冬季純電模式下，加熱源單一，空調暖風芯體及電池包加熱完全依賴PTC水加熱器加熱，導致PTC消耗功率大，縮短車輛續航里程；并且設計時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動機運行后，發動機余熱與熱交換器進行二次熱交換之后間接傳遞給電池加熱，導致電池包低溫加熱溫升速度慢。
2一種新型熱管理系統
為規避以上技術缺陷，下面提供了一種增程式電車熱管系統，實現了發動機及電機的余熱回收，同時，又可將發動機余熱及電機余熱按需求分配至電池包或駕駛艙空調加熱。
2．1純電模式狀態下熱管理系統中空調及電池加熱系統工作原理、控制策略
在純電模式時，乘員艙暖風芯體加熱及電池包加熱的熱源主要來自電機余熱加熱，并且輔助PTC水加熱器加熱。系統原理如圖3所示。1）當僅需給暖風芯體加熱時，兩通電磁閥開啟、電池加熱水泵關閉，系統循環路徑是：電機冷卻水泵?電子三通閥3?電驅動部件?四通換向閥?暖風電子水泵?PTC水加熱器?暖風芯體?兩通電磁閥?電子三通閥1（閥門1關閉，閥門2打開）?四通換向閥?電子三通閥2（閥門1關閉，閥門2打開）?電機冷卻水泵。2）當僅需給電池包加熱時，兩通電磁閥關閉，電池加熱水泵開啟，系統循環路徑是：電機冷卻水泵?電子三通閥3?電驅動部件?四通換向閥?暖風電子水泵?PTC水加熱器?暖風芯體?電池冷卻（加熱）水泵?電池包?電子三通閥1（閥門1關閉，閥門2打開）?四通換向閥?電子三通閥2（閥門1關閉，閥門2打開）?電機冷卻水泵。3）當既需給暖風芯體加熱，也需給電池加熱時，兩通電磁閥開啟，電池加熱水泵開啟，通過控制電池加熱水泵轉速來控制電池加熱水流量及加熱量大小。4）當水溫傳感器溫度低于目標要求時，可自動控制電子三通閥2的閥門1完全關閉、閥門2完全打開，從暖風芯體或電池包出來的冷卻液直接回流至電機冷卻水泵，而不經過低溫散熱器向外界空氣散熱，以便保證低溫環境下有限的電機余熱輸送給暖風芯體或電池包加熱。5）當水溫傳感器溫度達到或高于目標要求時，可自動控制電子三通閥2的閥門1和閥門2的開啟角變化，使系統中多余的熱量經過低溫散熱器散發到外界空氣中，直至該模式下冷卻系統達到熱平衡。
2．2發動機運行狀態下熱管理系統中空調及電池加熱系統工作原理、控制策略：
當發動機運行時，電子三通閥1的閥門1開啟、閥門2關閉，同時四通換向閥換向，使得發動機高溫冷卻液經過調溫器輸送給暖風芯體及電池包加熱。該模式下空調及電池熱管理系統原理如圖4所示。1）當只需暖風芯體加熱時，則關閉電池加熱水泵、兩通電磁閥開啟，切斷電池加熱需求，高溫冷卻液直接經過兩通電磁閥，然后通過電子三通閥1回到發動機水泵及發動機。在該模式下，如發動機水溫上升慢，可開啟PTC水加熱器輔助暖風芯體加熱，提升乘員艙空調采暖舒適性。2）當只需電池包加熱時，則開啟電池加熱水泵、關閉空調暖風，冷卻液經過暖風芯體后直接流向電池包給電池包加熱；若冷卻液溫度過高，可開啟兩通電磁閥，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間。3）若即需乘員艙加熱，也需電池加熱時，可通過兩通電磁閥開關以及電池加熱水泵轉速，來控制電池加熱量與暖風芯體加熱量比例；在該模式下，如發動機余熱不足時，可開啟PTC水加熱器進行輔助加熱，若發動機余熱過量時，可打開調溫器出口一（該調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）當水溫傳感器溫度低于目標要求時，可控制發動機冷卻系統調溫器，將調溫器閥門一完全關閉，調溫器出口二（該調溫器出口冷卻液流向暖風芯體及電池包）完全打開，將發動機余熱輸送給暖風芯體及電池包加熱。5）當水溫傳感器溫度達到或高于目標要求時，可控制調溫器出口一閥門完全打開的同時，將調溫器出口二閥門打開，以便控制發動機余熱在滿足暖風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高溫散熱器系統中進行散熱，直至該模式下冷卻系統達到熱平衡。
2．3關于動力總成余熱計算
當純電模式車輛行駛時，驅動系統的電機、電機控制器以及DCDC逆變器工作，電池放電，驅動系統的發熱量余熱計算公式如下：
3結束語
本文提供的這種增程式電車熱管理系統具有如下有益效果：1）設計了一套熱管理系統，既實現了發動機及電機的余熱回收，同時又可將發動機余熱及電機余熱按需求分配至電池包和／或駕駛艙空調加熱；2）最大限度上的回收電機及發動機的余熱用于電池包及駕駛艙空調加熱，減小PTC加熱器的能耗；3）發動機余熱同時給電池包及駕駛艙空調供熱時，通過控制調溫器出口一的開度及電子水泵三的轉速，可實現發動機余熱不同配比的分配到在電池包及暖風芯體上；4）電機余熱同時給電池包及駕駛艙空調供熱時，通過控制電子兩通閥開關及電子水泵三的轉速，可實現電機余熱不同配比的分配到在電池包及空調暖風芯體上。
參考文獻
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［2］秦振海，王佳，李雋杰．增程式電動汽車專項熱管理系統研究［J］．汽車電器，2013（12）：5－8．
［3］張志強．增程式電動汽車系統熱管理與APU協調控制技術研究［D］．吉林大學，2017．
作者:孫寒峰 單位:上海銳鎂新能源科技有限公司
