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摘要:本文设计了一种增程式电动车热管理系统，既最大限度地实现了发动机及电机的余热回收，又可将发动机余热及电机余热按需求分配至空调及电池加热系统，是一种高效、节能的热管理系统。
关键词:增程式电动车；热管理系统；四通换向阀；调温器；PTC水加热器；电池包；热管理控制器
增程式电动车是一种增加了增程发动机的电动车，当车载电池储能系统无法满足续航里程要求时，打开增程发动机为动力系统提供电能，以延长续航里程的电动汽车。在电池电量充足时，动力电池驱动电机，提供整车驱动功率需求，此时发动机不参与工作。当电池电量消耗到一定程度时，发动机启动，发动机为电池提供能量对动力电池进行充电。当电池电量充足时，发动机又停止工作，由电池驱动电机，提供整车驱动。随着新能源汽车发展，增程式电动车由于既拥有纯电动车的驾驶体验，又拥有燃油车的能源补充便利性，解决了纯电动车的里程焦虑，因此越来越受到市场的青睐，国内外汽车厂商开始加大对增程式电动车的研发。其中，增程式电动车的热管理系统不仅承担着空调系统热管理，电驱动系统冷却，发动机系统冷却，而且还承担了电池热管理重任，其重要性不言而喻。目前国内外增程式电动车热管理系统按照电池热管理方式分为两类，一类是以理想one为代表的电池液冷型增程式电动车热管理系统，另一类是以宝马I3为代表的电池直冷型增程式电动车热管理系统，其电池冷却采用制冷剂直接冷却，电池包无外接加热系统，关于理想one增程式电动车热管理系统，其电池包冷却及加热均外接采用冷却液间接冷却及加热，原理图如图1所示。
1背景技术缺陷
理想one电池液冷型增程式电动车热管理系统有以下特点：1）纯电模式下，空调加热及电池加热源只有PTC水加热器单一加热源；2）电池冷却及加热方式均是采用间接式冷却以及加热，如电池加热系统是采用板式换热器间接获取热源给电池包加热；3）该增程发动机冷却系统调温器为蜡式调温器。理想one增程式电动车热管理系统存在以下技术缺陷：1）在冬季纯电模式下，加热源单一，空调暖风芯体及电池包加热完全依赖PTC水加热器加热，导致PTC消耗功率大，缩短车辆续航里程；并且设计时需选择加热功率大的PTC水加热器，成本高。2）在冬季增程模式下或发动机运行后，发动机余热与热交换器进行二次热交换之后间接传递给电池加热，导致电池包低温加热温升速度慢。
2一种新型热管理系统
为规避以上技术缺陷，下面提供了一种增程式电车热管系统，实现了发动机及电机的余热回收，同时，又可将发动机余热及电机余热按需求分配至电池包或驾驶舱空调加热。
2．1纯电模式状态下热管理系统中空调及电池加热系统工作原理、控制策略
在纯电模式时，乘员舱暖风芯体加热及电池包加热的热源主要来自电机余热加热，并且辅助PTC水加热器加热。系统原理如图3所示。1）当仅需给暖风芯体加热时，两通电磁阀开启、电池加热水泵关闭，系统循环路径是：电机冷却水泵?电子三通阀3?电驱动部件?四通换向阀?暖风电子水泵?PTC水加热器?暖风芯体?两通电磁阀?电子三通阀1（阀门1关闭，阀门2打开）?四通换向阀?电子三通阀2（阀门1关闭，阀门2打开）?电机冷却水泵。2）当仅需给电池包加热时，两通电磁阀关闭，电池加热水泵开启，系统循环路径是：电机冷却水泵?电子三通阀3?电驱动部件?四通换向阀?暖风电子水泵?PTC水加热器?暖风芯体?电池冷却（加热）水泵?电池包?电子三通阀1（阀门1关闭，阀门2打开）?四通换向阀?电子三通阀2（阀门1关闭，阀门2打开）?电机冷却水泵。3）当既需给暖风芯体加热，也需给电池加热时，两通电磁阀开启，电池加热水泵开启，通过控制电池加热水泵转速来控制电池加热水流量及加热量大小。4）当水温传感器温度低于目标要求时，可自动控制电子三通阀2的阀门1完全关闭、阀门2完全打开，从暖风芯体或电池包出来的冷却液直接回流至电机冷却水泵，而不经过低温散热器向外界空气散热，以便保证低温环境下有限的电机余热输送给暖风芯体或电池包加热。5）当水温传感器温度达到或高于目标要求时，可自动控制电子三通阀2的阀门1和阀门2的开启角变化，使系统中多余的热量经过低温散热器散发到外界空气中，直至该模式下冷却系统达到热平衡。
2．2发动机运行状态下热管理系统中空调及电池加热系统工作原理、控制策略：
当发动机运行时，电子三通阀1的阀门1开启、阀门2关闭，同时四通换向阀换向，使得发动机高温冷却液经过调温器输送给暖风芯体及电池包加热。该模式下空调及电池热管理系统原理如图4所示。1）当只需暖风芯体加热时，则关闭电池加热水泵、两通电磁阀开启，切断电池加热需求，高温冷却液直接经过两通电磁阀，然后通过电子三通阀1回到发动机水泵及发动机。在该模式下，如发动机水温上升慢，可开启PTC水加热器辅助暖风芯体加热，提升乘员舱空调采暖舒适性。2）当只需电池包加热时，则开启电池加热水泵、关闭空调暖风，冷却液经过暖风芯体后直接流向电池包给电池包加热；若冷却液温度过高，可开启两通电磁阀，将一部分高温冷却液从两通电磁阀旁通，从而降低进入电池包前的冷却液温度，使电池包工作在合适的工作温度区间。3）若即需乘员舱加热，也需电池加热时，可通过两通电磁阀开关以及电池加热水泵转速，来控制电池加热量与暖风芯体加热量比例；在该模式下，如发动机余热不足时，可开启PTC水加热器进行辅助加热，若发动机余热过量时，可打开调温器出口一（该调温器出口冷却液流向高温散热器），将多余的热量输送至散热器。4）当水温传感器温度低于目标要求时，可控制发动机冷却系统调温器，将调温器阀门一完全关闭，调温器出口二（该调温器出口冷却液流向暖风芯体及电池包）完全打开，将发动机余热输送给暖风芯体及电池包加热。5）当水温传感器温度达到或高于目标要求时，可控制调温器出口一阀门完全打开的同时，将调温器出口二阀门打开，以便控制发动机余热在满足暖风芯体及电池包加热分配需求后，将剩余的热能分配到大循环高温散热器系统中进行散热，直至该模式下冷却系统达到热平衡。
2．3关于动力总成余热计算
当纯电模式车辆行驶时，驱动系统的电机、电机控制器以及DCDC逆变器工作，电池放电，驱动系统的发热量余热计算公式如下：
3结束语
本文提供的这种增程式电车热管理系统具有如下有益效果：1）设计了一套热管理系统，既实现了发动机及电机的余热回收，同时又可将发动机余热及电机余热按需求分配至电池包和／或驾驶舱空调加热；2）最大限度上的回收电机及发动机的余热用于电池包及驾驶舱空调加热，减小PTC加热器的能耗；3）发动机余热同时给电池包及驾驶舱空调供热时，通过控制调温器出口一的开度及电子水泵三的转速，可实现发动机余热不同配比的分配到在电池包及暖风芯体上；4）电机余热同时给电池包及驾驶舱空调供热时，通过控制电子两通阀开关及电子水泵三的转速，可实现电机余热不同配比的分配到在电池包及空调暖风芯体上。
参考文献
［1］张兴林．混合动力汽车加热管理系统［P］．安徽：CN104191933A，2014－12－10．
［2］秦振海，王佳，李隽杰．增程式电动汽车专项热管理系统研究［J］．汽车电器，2013（12）：5－8．
［3］张志强．增程式电动汽车系统热管理与APU协调控制技术研究［D］．吉林大学，2017．
作者:孙寒峰 单位:上海锐镁新能源科技有限公司
