一种新型电动汽车动力热管理系统的设计及验证

汪璐　单志友

摘 要：文章阐述了在电动汽车中动力热管理系统的重要性，列出了目前电动汽车动力热管理系统存在的问题，介绍了一种新型电动汽车动力热管理系统的设计方案，并进行了整车安装与调试，适用于电动汽车三种回路的切换。关键词：电动汽车;热管理系统;热管理回路中图分类号：U469.72  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）11-15-03

Abstract： This article describes the importance of thermal management system in electric power， listing the current problems of electric power and heat management system， introduced a new type of electric vehicle thermal management systems design， and vehicle installation and debugging for three circuits of electric vehicle switch.Keywords： Electric vehicle; Thermal management system; Thermal management circuitCLC NO.： U469.72  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）11-15-03

前言

與传统燃油车相比，电动汽车除了车内空调热管理需求之外，对电池包和驱动电机及其控制器也需要进行严格的热管理控制。电池包和驱动电机及其控制器作为电动汽车的主要动力装置，其性能直接影响电动汽车的性能。所以在电动汽车中，为了使电池包和驱动电机及其控制器发挥最佳的性能和寿命，必须进行热管理，将其温度控制在合理的范围内。[1-5]

目前大部分电动汽车的动力热管理系统为开环控制，即没有冷却液压力、冷却液流量、冷却液温度的反馈，动力热管理系统无法根据实际工作状态进行实时控制，无法对电池和驱动电机及其控制器的热管理系统进行有效控制，而且在车辆运行中，驱动电机和控制器产生的热量，也没有充分利用，此部分能量有些浪费，不利于节能环保。本文将提出解决这些问题的改进方案。[6-8]

1 新型热管理系统的方案介绍

1.1 系统的组成及工作原理

本文提出的电动汽车动力新型热管理系统，如图1所示，通过设置在回路中的三通水阀1、3，可实现在多种回路的切换，以适应电动汽车不同的工况。并在回路中增加了压力传感器1、2、3、4、流量传感器1、2、水温传感器1、2，对冷却液压力、流量、温度进行实时反馈，解决了上述开环控制存在的问题。该新型热管理系统包括电池包的加热和冷却，以及驱动电机/电控的冷却子系统。[9-10]

该热管理系统的工作原理为：通过各子系统设置的压力、流量和温度传感器，实时测量各回路的压力、流量、温度，通过计算可得知各对应电子水泵工作需提供的系统压力、流量，并对电子水泵的工作温度进行实时控制，当测量冷却液温度较低或较高时，整车VCU发出控制信号，降低或提高对应电子水泵的转速，系统压力、流量同步降低或提高。[11-12]

1.2 各子系统的循环回路

1）电池包加热回路。利用PTC加热器给电池包加热模式的冷却液循环回路为：膨胀水壶→压力传感器3→电子水泵2→压力传感器4→流量传感器2→水温传感器2→PTC加热器→三通水阀3→电池包→三通水阀2→膨胀水壶。当水温传感器2检测到冷却液温度低于10℃时，即开始加热，当温度到达30℃时，停止加热。另外，该回路中，三通水阀2与三通水阀3之间还连接有车内暖风散热器。

2）电池包恒温回路。通过三通水阀1的位置切换，与驱动电机/电控的冷却回路相组合，其冷却液循环回路2为：膨胀水壶→驱动电机系统散热器→压力传感器1→电子水泵1→压力传感器2→流量传感器1→水温传感器1→驱动电机控制器→驱动电机→三通水阀1→电池包→膨胀水壶。该回路利用驱动电机和驱动电机控制器产生的热量，在电池包在温度低于25℃时，维持电池包温度处于25-50℃区间，使电池包处于恒温状态。

3）驱动电机/电控冷却回路。其冷却液循环回路为：膨胀水壶→驱动电机系统散热器→压力传感器1→电子水泵1→压力传感器2→流量传感器1→水温传感器1→驱动电机控制器→驱动电机→三通水阀1→膨胀水壶。一般温度控制范围为20℃-50℃。

1.3 传感器选型参数

压力传感器1、压力传感器3的量程：-100～100KPa，精度：0.5%F.S，工作电压：DC5-24V，输出信号：DC1-5V;压力传感器2、压力传感器4的量程：0～200KPa，精度：0.5%F.S，工作电压：DC5-24V，输出信号：DC1-5V;流量传感器1、流量传感器2的量程：0-100L/min，精度：±1%，最低额定电压：DC4.5V，供电范围：DC5V～24V，负载能力≤10m A（DC 5V），最大工作电流：15m A（DC 5V）;温度传感器1、温度传感器2的型号：Pt100，类型：NTC热敏电阻，采用三线制接法接入温控仪，实现水温的测量。电子水泵的功率范围为：10-1500W。

2 系统的测试和验证

在完成上述系统的设计后，首先进行系统的性能测试，然后对传感器进行标定，最后在试验车辆上安装本系统，进行电子水泵的性能试验，以验证本系统的性能。

经过以某型号的电子水泵为测试对象，进行了电子水泵的基本性能测试，测试了电子水泵在不同流量下的额定电流和额定电压和进出口压力，并通过计算处理得出额定功率、扬程和效率值，完成电子水泵的性能测试。通过测试结果表明，本文的系统搭建符合预期，可解决前面所述的，目前热管理系统存在的问题。电子水泵的性能测试数据见表1。

通过测试结果表明，本热管理系统可以对回路中的冷却液流量、压力、温度进行闭环控制，便于整车VCU做出相应的控制，例如，测试数据功率范围在73W-177.5W，需要VCU做出对应的标定，按相应的需求，控制相应的功率，电流可以限制在5.8-14.2A。

通过性能测试数据进行分析，当流量不断降低时，压差逐渐增大，同时电流和功率、水力功率同步降低，效率在流量为23.64lpm时最高，为保证在效率最高区间运行，流量一般控制在16-30lpm范圍内。

本系统可以有效监控并管理系统各部件;原有开环控制系统不能实时反馈相关运行参数，也无法进行相关控制，与原有开环控制系统相比，本系统能根据不同运行的工况，实时反馈系统的冷却液流量、冷却液压差、冷却液温度，并对电子水泵做出相应的调整，提高或降低功率，最大程度实现节能，及提高续航里程的目的。

3 结束语

本文介绍的热管理系统为闭环控制，有实时反馈和实时控制功能，综合管理，优化控制，充分利用发热部件余热进行温度管理，可以有效的降低电池能耗，达到最舒适，最节能的效果，本文介绍的热管理系统，可在三种回路下进行切换，以适应电动汽车不同的工况，具有使用方便，功能强大，性能稳定能耗低等优点。

参考文献

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