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续航|纯电动车热管理系统构建研究( 二 )


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图1 串联电机/电控/附属电器冷却系统（第1代热管理系统）
受制于技术和成本限制 ， 早期电动车驱动系统散热部件包括：充电器、电源分配器、
逆变器和电机 ， 采用串联冷却系统 。 此套系统需要考虑电器部件的发热量和性能要求 ， 一般要求冷却液先流经低发热、对温度敏感的部件 ， 然后再对高发热部件进行冷却 。 由于部件分开进行冷却 ， 需要考虑整车布置要求 ， 这套系统回路冗长 ， 系统流阻较大 ， 对水泵性能及加注性能要求高 。
第2代温控系统的特点在于保持电机/电控系统水冷的基础上 ， 电池温控系统采用更为高效的温控方式 ， 针对电池制冷采用与空调系统进行耦合 ， 同时考虑到保证电池低温性能 ， 引入电池加热技术 。
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图2 优化的电机/电控冷却系统
优化后的冷却系统在电控模块中集成其他电器功能 ， 整车布置考虑电控模块和电机 ， 尽量将他们布置在统一区域 ， 减少系统回路长度 ， 这套系统应用的典型车型如日产的LEAF车型 。
早期的EV车续航里程要求不高（一般＜200 km） ， 电池能量密度低 ， 电池温控系统采用自然风量或主动风冷技术 。
自然风冷是通过外界空气与电池壳体进行换热完成电池整包的温度控制 ， 这种冷却方式对电池包的安装位置有要求 ， 一般安装在地板等通风位置 。
强制风冷系统是根据热流体仿真分析的结果对电池热量分布区域进行强制散热 ， 这种电池冷却方式在K.J.Kelly等研究报告中进行了研究[6] 。 电池风冷系统会设定鼓风风扇 ， 专用风道等零件；考虑到电池发热量及电池内部温差的要求 ， 电池内部风道的式样分以下3种类型 ， 如图3所示 ， 可以看到并联风道[7]的流场更为合理 。
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图3 电池强制风冷风道类型
4 第2代温控系统
随着电池容量和电池能量密度的增加 ， 电池在充放电过程中产生的热能增加（电池整体最大发热量大于5 kW） ， 传统的风冷技术已经不能满足电池散热需求 。
得益于锂离子电池技术的发展 ， 电池能量密度不断提高 ， 目前纯电动乘用车续航里程高于300 km的比例已经达到了81%[1] 。 随着电池能量密度不断增加 ， 纯电动汽车的续航里程得到一定提升 ， 有资料预测2020年纯电汽车满足市场营运要求的续航里程需要在450 km以上[2] 。 同时伴随着使用环境和使用区域的不断扩大 ， 市场对电动车驱动单元、动力单元性能提出了更高的要求 。 在这样的背景下 ， 电机/电控/电池热管理变的非常重要 。 与此同时 ， 电动车整车热管理在考虑达成整车性能的基础上更需要考虑系统节能、高效 ， 从而减小对整车续航里程的影响 。
图4是第2代温控系统比较有代表性的系统构建方案 ， 可以看到电机/电控与第1代对比无太大变化 。 电池温控系统具有制冷和加热功能 ， 制冷采用引入电池冷却器（Chiller）来实现 ， 冷媒在冷却器里蒸发使其内部的翅片变冷 ， 翅片再与电池内部热交换后的暖水进行热交换 ， 热交换后的冷水通过电子水泵再次流入电池内部冷却板完成换热循环 。 针对电池低温下的采暖需求 ， 系统设定单独的水暖PTC ， 一般功率5 kW以下 。 采用这种电池温控系统方案的国内车型有荣威
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E50(参数|图片)、帝豪EV、景逸S50EV等[8] 。 针对电池采暖某些车企采用空调采暖和电池加热共用加热器的系统构建 ， 如图5所示的系统 。
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