浅析插电式混合动力汽车热管理系统

2021年4月15日
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摘要

新能源车的热管理系统主要由电机电控冷却系统、电池冷却系统和空调系统组成。新能源汽车的电机电控冷却子系统主要采用液冷方式。

热管理技术产生于功率器件的发热以及对于周边环境温度的要求。所以,热管理技术被广泛应用于军工、航空航天、汽车和消费电子等等多个领域。
实际上,我们日常接触的空调也属于热管理的范畴。就现阶段来说,整车热管理的出发点更多是偏向于确保“各个零部件没有热害风险”,这并不代表整车热管理的出发点技术含量低,只是它站在了一个看似比较低的技术位置。因为在每一个整车项目的背后,不管是总布置、每个零件的实际性能、各零件成本等,实际都有不一样的要求,但是却都是整车项目中一个不可或缺的因素。

新能源车的热管理系统主要由电机电控冷却系统、电池冷却系统和空调系统组成。新能源汽车的电机电控冷却子系统主要采用液冷方式。液冷系统由散热器、冷却风扇、膨胀水箱、冷却液泵、冷却液软管和冷却液温度传感器组成。液冷系统主要依靠冷却水泵带动冷却液在冷却管道中循环流动,通过在散热器的热交换等物理过程,冷却液带走电动机与控制器产生的热量。

1. 一种插电式混合动力汽车热管理系统策略介绍

(1)高温冷却循环

本文基于插电式混合动力汽车进行介绍其热管理系统策略,该车型的热管理架构包括高温冷却循环和中 / 低温冷却循环。高温冷却循环沿用传统燃油车冷却系统,负责发动机冷却和 HVAC 加热功能。

(2)中 / 低温冷却循环

混合动力汽车中 / 低温冷却循环负责电池、电机控制器、电机和 CDU(OBC、PDU、DCDC 三合一)的冷却。

(3)冷却模式

低温冷却循环包括空调冷却循环和散热器冷却循环,由电池后面的三通阀切换。一是散热器冷却循环:当环境温度低时,高压电池、CDU、电机、电机控制器的热量将由散热器散掉。二是 A/C 冷却循环:电池冷却由电池前面的 Chiller 实现,电池的热量将由冷凝器散发掉。CDU、电机、电机控制器的热量由低温散热器散掉。

2. 混合动力汽车热管理策略

(1)冷却回路三通阀切换策略

确定电池后端三通阀状态:高压电池的冷却回路应在散热器冷却模式和 A/C 冷却模式之间切换。阀将实现两个回路的切换功能。阀的默认状态为散热器冷却模式,制冷液将由低温散热器冷却。当经过低温散热器后的制冷液温度低于最低限值时,三通阀的状态要切换到 A/C 模式,保证电池的温度不会下降太多;当经过低温散热器后的制冷液温度高于最高限值时,三通阀要切换到 A/C 模式,保证电池的温度不会太高。

(2)高压电池冷却或加热

①高压压缩机和 EXTV 控制。空调控制器通过接收的电芯温度,控制压缩机和 EXTV,保证电芯温度在合理范围内。 

②空调冷却需求。空调冷却请求由整车控制器提供给空调控制器,以实现高压电池的 A/C 冷却:当切换到 A/C 模式时,应该开启 A/C 冷却请求;当空调开关打开时,应启动冷却请求;当乘客开启空调开关时,应启动冷却请求;当三通阀状态不正常时,应该根据电芯温度决定是否开启 A/C 冷却请求。 

③电池水泵控制策略。电池水泵的转速确定(整车控制器根据电池入水口温度确定泵的转速):当电池温度超过最大允许限度时,电池水泵应该以最大速度运行;当电池温度低于允许的最低限度时,电池水泵应以最低速度运行;当电池冷却液温度信号故障时,电池水泵应根据电芯温度控制水泵速度,下电后,电池水泵的延迟运行由整车控制器根据部件温度确定。高压 PTC 的加热功率确认:低环境温度下开车、充电工况下,启用 PTC 给高压电池加热,PTC 的加热功率由整车控制器根据电芯温度确定,并向PTC 发送加热功率请求。

(3)电机和 P4 电机控制器冷却

CDU 水泵(CDU、电机、电机控制器)转速确定:CDU 水泵应确保电机控制器、电机和 CDU 的温度保持在合理范围。整车控制器根据散热器出水口温度来确定水泵转速;当散热器出水口温度信号故障时,CDU 水泵应该根据电机控制器和电机温度控制水泵转速;下电时,整车控制器需要根据部件温度决定CDU 水泵的最大延迟运行时间。

(4)冷却风扇控制策略

冷却风扇转速的确定:整车控制器需要接收空调控制器冷却风扇请求,并根据低温散热器出水口温度计算低温冷却回路的风扇冷却请求;下电后,整车控制器需要根据冷却液的温度确定冷却风扇的延迟运行时间。

(5)发动机启动停机

整车控制器将会接收空调控制器关于加热需求的发动机启动请求,整车控制器再根据车辆行驶情况和乘客的加热要求决定是否给发动机发送发动机的启动请求;同时整车控制器需要向空调控制器提供发动机启动状态,以指示发动机状态;在纯电模式下,发动机应该根据乘客的加热要求启动。关于加热的发动机停止请求也是如此。

(6)压缩机和 PTC 的功率限制

整车需要根据高压系统状态、驾驶场景、驾驶员请求等来确定功率限制。整车控制器需要从空调控制器接收高压压缩机实际消耗的功率,并向空调控制器提供高压压缩机的最大允许功率;同理,整车控制器也需要从 PTC 控制器接收高压 PTC 实际消耗的功率,并向 PTC 控制器提供高压 PTC 的最大允许功率;压缩机和 PTC 消耗的总功率不应超过极限。

(7)电池和乘客舱冷却的制冷量限制

空调控制器需要根据高压系统状态、驾驶场景、驾驶员请求等来确定制冷量限制。空调控制器接收A/C 冷却实际消耗的制冷量,并设置最大允许制冷量,空调制冷所消耗的制冷量不得超过限值。电池冷却的优先级高于乘员舱。

来源:上汽通用五菱汽车

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