摘要：基于热管理系统在新能源汽车中的重要性，以及目前系统开环控制存在的问题，介绍了一种新能源汽车热管理系统的设计方案，包括暖风空调子系统、驱动与电控总成子系统和电池包子系统，并对整车上搭载的电子水泵进行性能测试。该热管理系统可在3种回路下进行切换，以适应新能源汽车不同的工况；其为闭环控制，有实时反馈和实时控制功能，能够充分利用发热部件的余热进行温度管理，有效降低电池能耗，达到舒适、节能的效果。
关键词：新能源汽车；热管理系统；热管理回路
1目前新能源汽车热管理系统存在的问题
目前大部分热管理系统为开环控制，即没有压力、流量、温度传感器对具体工作状况进行实时反馈，无法有效管理系统根据实际工作状态进行实时控制；在汽车运行中，由于驱动电机和控制器产生的热量没有得到充分利用，不但造成能量浪费，而且不利于节能环保[3-4]。
2热管理系统方案
2.1系统组成
文章的新能源汽车热管理系统包括暖风空调子系统、驱动与电控总成子系统和电池包子系统，如图1所示，三者由汽车整车控制器（VCU）进行控制。电池包子系统、驱动与电控总成子系统通过三通水阀1相连接；电池包子系统、暖风空调子系统通过三通水阀2与三通水阀3相连接。暖风空调子系统包括电子水泵2、压力传感器3、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、蒸发器、三通水阀2、膨胀水壶；电池包子系统包括电子水泵2、压力传感器3、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；驱动与电控总成子系统包括电子水泵1、压力传感器1、压力传感器2、流量传感器1、水温传感器1、OBC&DC/DC&PEU三合一控制器、驱动电机、三通水阀1、膨胀水壶、散热器。PTC加热器为正温度系数电阻丝。
2.2各子系统的循环回路
该热管理系统各子系统的循环回路如下：1）暖风空调子系统，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→蒸发器→三通水阀2→膨胀水壶。2）驱动与电控总成子系统，散热模式的冷却液循环回路1为：膨胀水壶→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→OBC&DC/DC&PEU三合一控制器→驱动电机→三通水阀1→膨胀水壶。3）驱动与电控总成子系统、电池包子系统相连接的回路，利用OBC&DC/DC&PEU三合一控制器、驱动电机运行时所产生的热量，给电池包加热模式的冷却液循环回路2为：膨胀水壶→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→OBC&DC/DC&PEU三合一控制器→驱动电机→三通水阀1→电池包→膨胀水壶。4）暖风空调子系统、电池包子系统相连接的回路，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；暖风空调子系统中，PTC加热器将冷却液加热后，经由蒸发器安装的风扇，将热量吹入车舱内，实现车内取暖；电池包子系统中，PTC加热器将冷却液加热后，热量经过电池包内部，实现电池包的加热。
2.3各子系统的工作方式
驱动与电控总成子系统设有压力传感器1、压力传感器2、流量传感器1、水温传感器1。通过计算压力传感器1、压力传感器2测量的压力，可得知电子水泵1工作时的扬程，即回路的系统压力；流量传感器1可测量电子水泵1工作时的流量，即回路的冷却液流量；水温传感器1可测量回路的冷却液温度，从而实时控制电子水泵1的工作状态，当测量到冷却液温度较低时，整车VCU发出控制信号，降低电子水泵1的转速，系统压力、流量同步降低，反之则提高电子水泵1的转速，系统压力、流量同步提高。暖风空调子系统和电池包子系统设有压力传感器3、压力传感器4、流量传感器2、水温传感器2。通过计算压力传感器3、压力传感器4测量的压力，可得知电子水泵2工作时的扬程，即回路的系统压力；流量传感器2可测量电子水泵2工作时的流量，即回路的冷却液流量；水温传感器2可测量回路的冷却液温度，从而实时控制电子水泵2的工作状态，当测量冷却液温度较低时，整车VCU发出控制信号，降低电子水泵2的转速，系统压力、流量同步降低，反之则提高电子水泵2的转速，系统压力、流量同步提高。
2.4传感器选型参数
系统中各传感器的选型参数如下。压力传感器1、3的量程为-100~100kPa，压力传感器2、4的量程为0～200kPa，精度为0.5%F.S.，工作电压（DC）为5~24V，输出信号（DC）为1~5V。流量传感器1、2的量程为0~100L/min，精度为±1%，最低额定电压（DC）为4.5V，供电（DC）范围为5~24V，负载能力≤10mA（DC5V），最大工作电流为15mA（DC5V）。温度传感器1、2的型号为Pt100，类型为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。
3新能源热管理系统的测试
根据上述方案，搭建并调试了新能源汽车的热管理系统，如图2所示。以某型号的电子水泵为对象，测试了其在不同流量下的额定电流、额定电压和进出口压力，并通过程序计算处理得出额定功率、扬程和效率值。通过曲线拟合后，获得电子水泵的性能曲线，如图3所示，完成电子水泵的基本性能测试。在图3a中可以看到，电子水泵的扬程（压差）随着流量的增加而减小，流量越大，扬程越小，在流量为0~20L/min时，扬程较为稳定；在图3b中可以看出，泵的驱动功率随流量的增加而增加，从曲线趋势可知，当流量为0时，功率最低；在图3c中可以看到，随着电子水泵流量的增加，泵效率值增加到最大值，并且在一定流量范围内（流量值在18~32L/min）变化较小，之后随着电子水泵的流量逐步增加，水泵效率逐步降低。
4结论
文章介绍的热管理系统为闭环控制，具有实时反馈和实时控制功能，能够综合管理，优化控制，充分利用发热部件的余热进行温度管理，从而有效降低电池能耗，达到舒适、节能的效果。该热管理系统可在3种回路下进行切换，以适应新能源汽车不同的工况。此外，在汽车热管理应用中，还可以实现诸如控制泵的启动/停止、流量控制、压力控制、功率控制、防干运转保护，以及电压过压、欠压、过流、过载和启动故障保护等功能。泵的工作状态可以由外部信号控制。电子水泵具有结构紧凑、使用方便、功能强大、使用寿命长、性能稳定、噪声低、能耗低、效率高等优点，被广泛应用于汽车热管理系统中，已成为一种后续发展趋势。
参考文献
[1]邓航.基于LabVIEW的车用电子水泵检测系统研究[D].西安：长安大学，2017：8-32.
[2]代聪.汽车电子水泵实验测试装置系统设计[J].机床与液压，2017（10）：123-125.
[3]李珍珍，杨胜兵.基于模型的电动汽车驱动系冷却控制系统设计[J].武汉理工大学学报（信息与管理工程版），2015（8）：417-420.
[4]钟绍俊，黄镇海，黄艳岩.汽车发动机冷却水泵性能测试系统设计[J].中国计量学院学报，2006，17（3）：196-198.
作者:单志友 单位:大陆汽车电子(芜湖)有限公司
