王春麗，肖小城，倪紹勇，沙文瀚，陸 訓，周 旗 (奇瑞新能源汽車技術有限公司 新能源研究院，安徽 蕪湖 241000)
摘 要：本文介紹了一種新能源汽車的熱管理系統的方案，並闡述了各關鍵零部件在汽車中所起的重要作用。 重點介紹了熱管理系統的基本功能及其在控制上的實現方法。
關鍵詞：新能源；熱管理系統；控制策略
0 前言
對於新能源汽車而言能耗是一項極其關鍵參數，動 力電池的充放電效率，驅動電機的熱損耗，以及高壓負 載的熱性能都是影響能耗的重要因素，而新能源汽車熱 管理系統能夠影響整車的動力性能以及經濟性，以及能 耗，因此好的熱管理系統方案以及熱管理控制策略能夠 降低能耗，提高電池的放電性能，延長續航，同時提高 驅動系統的效率，同時隨著人們對新能源汽車大續航裡 程的需求，動力電池的液冷也成為必然，因此新能源汽 車熱管理系統方案以及控制策略就成為工程師研究的 重點。
1 系統控制方案
該熱管理系統包括對整車四大模塊，電池放電熱管 理模塊，乘員艙熱管理模塊，驅動系統熱管理模塊，充 電熱管理模塊。
經濟性方面的優勢如下。
1）：保證各系統工作在最優溫度點，提高系統輸 出效率；
2）：電池系統可以不受地域，環境溫度影響，高 性能功率輸出；
3）：充電系統最高效率充電，縮短充電時間；
動力性方面：
1)：驅動系統始終工作在最優溫度點，整車不受環 境溫度影響，保證滿足客戶的功率需求；
1.1 電池熱管理模塊
電池熱管理模塊實現電池系統的冷卻與加熱功能。
1.1.1 電池系統冷卻
電池系統的冷卻利用壓縮機的空調製冷功能通過 chiller實現熱交換功能，帶走電池的熱量，實現電池系 統的冷卻。
電池包水路布置採用四進一出的水循環，電池包的 出口有出水口水溫傳感器，四路輸入口位置各有一個入 戶水口水溫傳感器，1、2、3、4各有一個比例閥，比例 閥可調節開度，調整四路水流量，保證電池單體的溫升 一致性。
出水口溫度Tout，進水口1的溫度Tn1，進水口2的溫 度Tin2，進水口3的溫度Tin3，進水口4的溫度Tin4，電池包 內水路1目標需求溫度Treq1，電池包內水路2目標需求溫 度Treq2，電池包內水路3目標需求溫度Treq3，電池包內水 路4目標需求溫度Treq4。
系統壓縮機需求功率
式中：Kbattery 為電池包平均熱比例係數，根據系統 標定可調整；b為預設功率值；Pbattery >0說明電池系統有 冷卻需求，系統主控制單元開啟壓縮機，設定以Pbattery 功率輸出，chiller的電子比例閥2開啟最大開度。
其中，比例閥1開度值COV1，比例閥2開度值 COV2，比例閥3開度值COV3，比例閥4開度值COV4 設定：
式中：bcov1、bcov2、bcov3 、bcov4為比例閥1、2、3、4 初始設定值；KCOV1、KCOV2、KCOV3、KCOV4為四個水路熱 比例係數。
主控單元控制導通閥3開啟，導通閥1關閉，導通閥 2關閉，水泵2最大開度持續工作。
1.1.2 電池系統加熱
電池系統的加熱利用開啟導通閥2，加熱過水 PTC，水泵3實現水路循環，電池系統加熱需關閉導通 閥1、導通閥3，防止水流向其他迴路。
系統制熱需求功率：
式中：Kptc過水加熱器的熱容比；bptc預設功率值； 其中，比例閥1開度值COV1，比例閥2開度值 COV2，比例閥3開度值COV3，比例閥4開度值COV4。 設定：
1.2 乘員艙熱管理模塊
乘員艙熱管理模塊實現電池系統的冷卻與加熱 功能。
1.2.1 乘員艙製冷
乘員艙製冷迴路包括：壓縮機、HVAC、膨脹閥、 冷凝器以及壓力開關等等。
壓力開關用於控制冷卻風扇的速度調節。主控單元 控制Chiller熱交換器處於關閉狀態。
（1）壓縮機的轉速控制：
空調控制單元通過對設定溫度、車內溫度、環境溫 度、陽光強度進行採集，計算出車內所需要求的控制溫 度信息，最終確定模式風門、溫度風門、鼓風機風速、 內外循環風門位置，從而達到出風溫度TD的控制。
式中：Tset 為設定溫度,即默認溫度旋鈕位置；Tin 為 室內溫度；K1 為設定溫度偏差增益，以設定25℃為基 準，控制升溫和降溫的水平；K2為室內溫度偏差增益， 控制升溫和降溫至25℃的水平；K3 為外界溫度補償偏 移，不同的外溫進行不同的外溫補償；K4 :日照量補償 偏移，不同的外溫進行不同的陽光補償；OFFSET :固 定常數，越小，製冷性能越強；越大，採暖能力越強， 暫取117。
各參數取值：K1取值：8；K2取值：10
取值方式：K1、K2在（Tamb-5，Tamb+5）區間內進 行取值。當溫度在兩個區間的臨界值時，取進入該溫度的區間前對應值。
K3取值如下表：
K4取值： K4=Kamb*Ksun，Kamb陽光補償係數；Ksun陽光補償 基值 陽光補償值與外溫和陽光輻射強度有關，不同輻照 度對應陽光傳感器端電壓V和Ksun的關係如下：
Tamb=20℃
不同的外溫下，陽光補償係數按下表執行：Kamb的 取值方式與K1、K2相同。
當TD值≥140時，控制壓縮機關閉；當TD值≤135 時，控制壓縮機開啟；在回差區間時，保持上一狀態；
1.2.2 乘員艙制熱
乘員艙制熱迴路通過控制過水PTC輸出功率加熱 水，開啟導通閥1，關閉導通閥2，關閉導通閥3，關閉 chille，調節水泵3的轉速，實現水路循環加熱芯，通過 HVAC實現乘員艙的制熱。
PTC的輸出功率控制：
當TD值≥115時，控制PTC開啟；當TD值≤109時， 控制PTC關閉；在回差區間時，保持上一狀態；
1.3 驅動系統熱管理模塊
驅動系統熱管理模塊能夠實現，電機系統的冷卻， 充電機系統冷卻以及DC/DC冷卻。
該冷卻迴路通過可調速水泵以及可調速風扇實現。
1.3.1 電機系統冷卻
主控子單元採集電機本體溫度Tmotor，inveter溫度 Tinveter，當電機當前溫度超過目標溫度值時首先開啟水 泵，水循環帶走驅動電機的熱量，若電機溫度持續升 高，調節水泵轉速，同時開啟冷卻風扇，風扇轉速根據 電機溫度與目標溫度差值線性調節；
當inveter當前溫度超過目標溫度值時首先開啟水 泵，水循環帶走inveter的熱量，若inveter溫度持續升 高，調節水泵轉速，同時開啟冷卻風扇，風扇轉速根據 inveter溫度與目標溫度差值線性調節；
冷卻水泵轉速
式中：K1pump為電機影響水泵轉速調節係數；T1target 為電機滿功率輸出的目標溫度；b1pump為轉速預設初 值（電機）；K2pump為inveter影響水泵轉速調節係數； T2target為inveter滿功率輸出的目標溫度；b2pump為inveter 影響水泵轉速預設初值；
冷卻風扇轉速
式中：K1fan為電機影響風扇轉速調節係數；T1target 為電機滿功率輸出的目標溫度；b1fan為電機影響轉速 預設初值；
K2fan為inveter風扇轉速調節係數；T2target為 inveter滿功率輸出的目標溫度；b2fan為inveter影響風扇 轉速預設初值；
1.3.2 充電機系統冷卻
主控單元採集充電機進水口溫度Tincm以及出水口溫 度Toutcm，充電機的冷卻通過控制水泵與風扇的轉速帶走 充電機熱量來完成。
充電機對水泵的轉速需求：
充電機對風扇的轉速需求：
式中：K1cm為充電機影響水泵轉速調節係數；K2cm 為充電機影響風扇轉速調節係數；b1cm為充電機影響 水泵轉速預設初值；b2cm為充電機影響風扇轉速預設 初值；
1.3.3 DC/DC系統冷卻
主控單元採集DC/DC進水口溫度Tindc以及出水口溫 度Toutdc，充電機的冷卻通過控制水泵與風扇的轉速帶走 DC/DC熱量來完成。
DC/DC對水泵的轉速需求
DC/DC對風扇的轉速需求
式中：K1dc為DC/DC影響水泵轉速調節係數；K2dc 為DC/DC影響風扇轉速調節係數；b1dc為DC/DC影響 水泵轉速預設初值；b2dc為DC/DC影響風扇轉速預設 初值。
1.3.4 風扇與水泵的控制需求
基於電機系統，DC/DC系統，充電機系統在同一冷 卻迴路中，共用水泵和風扇，因此：
水泵控制轉速
風扇控制轉速
2 系統仿真
以某一純電車型為例，進行系統仿真。車型散熱需 求以及系統選型如下。
2.1 系統散熱需求
2.1.1 電池系統冷卻分析
該車電池基本參數：37 AH；
散熱量：3 kW；
最佳工作溫度（℃）：25～45；
進水溫度（℃）：36；
報警溫度（℃）：50；
故障溫度（℃）：55；
水流量（L/min）:12；
水道容積（L）：4.5；
進水口型式：4進1出；
加熱方式：過水PTC；
水阻曲線：幾個進水口，流量3 L/min，流阻分別為 3.13m、3.24m、4.74m、5.37m。
☆電池需求：
電池發熱量：3 000 W；
散熱量需求：3 000 W；
冷卻循環量：12 L/min；
按電池熱量由底部熱源傳遞計算；
總傳熱溫差需求6.72℃；
進水溫度36.16℃；
進出水溫差約為4.23℃。
☆整車目標：
在環境40℃條件下，快充、最高車速行駛交替 進行；
電池要求：環境40℃，1C充放電，電池在45℃溫度 時，保持熱平衡，溫度不上升。
2.1.2 電驅系統冷卻分析
電機散熱需求(kW):6.8；
電機控制器散熱需求(kW)：4.5；
DC/DC與充電機散熱需求（kW）:0.2；
進水口溫度（℃）：65；
需求水流量（L）：8~12。
2.2 整車熱平衡仿真分析
3 結論
本文是一種新能源汽車的熱管理進行了詳細功能劃 分並提出設計思想，並經過仿真驗證初步達到設計目 的。為了詳細驗證系統控制策略，奇瑞新能源公司試裝 了一臺MuleCar用於測試驗證，並結合實測數據對控制 策略進行修改和完善，目前車輛已經能夠達到試乘試駕 水平，證明控制策略在實際運用中具有較強的可行性。
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[4] 先進PID控制MATLAB仿真[M].北京:電子工 業出版社,2011.
本文來源於科技期刊《電子產品世界》2020年第03期第34頁，歡迎您寫論文時引用，並註明出處。