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续航|纯电动车热管理系统构建研究


作者 | 东风汽车有限公司东风日产乘用车技术中心(张春秋 徐振鹏)
来源 | 汽车热管理之家
摘要：现在国内专业领域针对电动车热管理多集中在电池热管理方向 ， 探讨电机、电池、空调系统整合的整车热管理参考文献不多；主要介绍了纯电动汽车电机、电控等散热需求零件的热管系统构建和电池温控系统发展技术综述与技术趋势 。 希望通过本文的介绍 ， 对后续热管理系统的发展 ， 推动相关热管理零部件产业化发展提供参考（如通断式电子水阀、流量比例调节的电子水阀、高功率水泵、新型材料的冷却管路等）；同时也对控制策略、控制阀值、零部件作动方式进行较为详细的介绍 ， 有一定的参考意义 。
1 引言
针对以上问题 ， 部分车型进行技术升级 ， 引入驱动系统模块化的设计 ， 如图2所示 。
先进的汽车热管理技术 ， 不仅能够使电池工作在良好的温度状态 ， 提升电动汽车的电池利用率和寿命 ， 也能够充分考虑整车层面的能量再利用 ， 提升整车的续航里程 。 一个好的热管理系统是多个系统耦合的复杂系统[3] ， 是一个包含了电机/电控、电池温控、乘员舱温控的整体系统 ， 不同工况下采用不同的热管理模式 ， 采用不同的控制策略 。 例如目前主流的电动汽车针对电池热管理系统采用独立的温控系统 ， 制冷采用电池冷却器（Chiller）中冷媒与水换热 ， 冷水流入电池冷板给电池冷却的方式 ， 而电池加热采用系统中串联的水加热器（WPTC）加热系统循环水 ， 再流入电池换热板给电池采暖 。 这套独立的电池温控系统存在以下2个问题 。 第1 ， 在环境温度较低 ， 但受工况影响电池需要进行冷却时 ， 例如电池快充或车辆高负荷工况状态下 ， 仍需要启动电动压缩机 ， 通过冷凝器和电池冷却器对动力电池进行冷却 ， 需要消耗更多的电能 。 第2 ， 车辆在低温刚启动后 ， 动力电池需要加热保温时 ， 此时需要启动电池加热器（WPTC）进行电池加热 ， 同时电机和电控系统会有散热需求 ， 由于电机/电控系统和电池温控系统相互独立 ， 彼此能量不能相互利用 ， 造成能耗损失 。 所以为了提高能耗利用率 ， 需要选用更加优化的系统 ， 希望通过下面的介绍 ， 能够在系统构建 ， 策略制定方面提供参考 ， 制定符合项目要求的最优系统方案 。
2 EV整车热管理介绍
常见电动汽车热管理系统由电机电控温控、动力电池温控、乘客舱温控3部分组成 。
电机电控温控由电子水泵、低温散热器、补偿水壶、电控单元冷却模块、逆变器冷却模块和驱动电机冷却模块组成 。 该系统的温控对象为纯电动汽车的电控单元、逆变器和驱动电机 。 3个温控对象的发热功率 ， 较之传统汽车散热量小 ， 且合适的工作温度相近 ， 因此采用串联进行连接 。 动力电池温控由电池水冷模块、电子水泵、冷却器、水加热器和冷媒制冷回路等构成 。 电池温控系统的作用在于维持各种工况下电池温度在合适工作范围内 ， 因为较低温度会影响电池的放电功率和安全性 ， 较高温度会严重影响电池寿命和稳定性[4]；不同电池式样都有适合的工作温度区间 ， 比如铅酸电池温度范围在20～45℃[5] ， 所以电池温控系统需要具备制冷和加热的功能 。 乘客舱温控部分由电动压缩机、冷凝器、蒸发器和空气加热器等组成 。 由于热泵技术还多处于研发阶段 ， 成员舱温控系统和传统差异不大 ， 本次不作详细讨论 。
针对电机/电控和电池热管理按发展的趋势分3种系统构建方式 ， 下面进行详细研究讨论 。
3 第1代热管理系统
2015年前上市的电动车由于续航里程短、电池容量小 ， 热管理方面电机/电控与电池热管理分开管理；电机/电控冷却系统多采用串联冷却式样 ， 利用低温散热器对散热需求部件进行散热 ， 电机/电控热管理系统如图1（第1代热管理系统） 。
续航|纯电动车热管理系统构建研究


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