婁鋒，盧明，陳恩輝

（華晨汽車(chē)工程研究院新能源工程室，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

前言

隨著2017年9月28日工信部正式發(fā)布了《乘用車(chē)企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車(chē)積分并行管理辦法》，該辦法將針對(duì)在中國(guó)境內(nèi)銷(xiāo)售乘用車(chē)的企業(yè)（含進(jìn)口乘用車(chē)企業(yè)）的企業(yè)平均燃料消耗量（CAFC）及新能源乘用車(chē)生產(chǎn)（NEV 積分）情況進(jìn)行積分考核。隨著雙積分政策的正式實(shí)施，加快發(fā)展節(jié)能與新能源汽車(chē)，是促進(jìn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、推動(dòng)綠色發(fā)展、培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)的重要舉措。因此，新能源汽車(chē)已經(jīng)正式成為世界各大主機(jī)廠的重點(diǎn)研發(fā)車(chē)型。

新能源汽車(chē)采用的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力總成、動(dòng)力電池、電動(dòng)部件等與傳統(tǒng)汽車(chē)有本質(zhì)區(qū)別，采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)代替內(nèi)燃機(jī)。與此同時(shí)傳統(tǒng)汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)附件—水泵的工作方式也產(chǎn)生相應(yīng)變化，新能源汽車(chē)的水泵采用電動(dòng)水泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式水泵。本文針對(duì)電動(dòng)水泵的在新能源汽車(chē)應(yīng)用進(jìn)行了闡述和分析，結(jié)合實(shí)例純電動(dòng)車(chē)型進(jìn)行選型匹配設(shè)計(jì)，并進(jìn)行電動(dòng)水泵有效控制了，提高了電動(dòng)水泵的應(yīng)用水平。

1 電動(dòng)水泵工作原理

目前采用的電動(dòng)水泵屬于離心式水泵，主要由直流電機(jī)和葉輪，泵體，泵蓋，擋水圈，泵軸等部件組成，如圖1所示。電動(dòng)水泵工作時(shí)由直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪部分的冷卻液受到旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用，被拋向葉輪外圍出口，而在葉輪中心產(chǎn)生低壓區(qū)，將冷卻液從入口吸入，進(jìn)而使冷卻液在系統(tǒng)中產(chǎn)生循環(huán)流動(dòng)。

圖1 電動(dòng)水泵及其組成

電動(dòng)水泵電機(jī)大部分廠家選用自感應(yīng)電機(jī)，并且與控制器集成一體設(shè)計(jì)，采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)或者LIN進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

圖2 電動(dòng)水泵組成的循環(huán)水路

2 新能源汽車(chē)上的應(yīng)用

汽車(chē)熱管理技術(shù)是新能源汽車(chē)的核心技術(shù)之一，相比于傳統(tǒng)燃油汽車(chē)，因新增了大的發(fā)熱元件（動(dòng)力電池，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)控制器，充電機(jī)等），新能源汽車(chē)?yán)鋮s性能就變得格外重要。目前，由電動(dòng)水泵組成的循環(huán)水路，如圖2所示。電動(dòng)水泵，現(xiàn)在主要應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電動(dòng)部件、動(dòng)力電池等的循環(huán)冷卻作用；在冬季零下工況條件下，起到循環(huán)加熱循環(huán)水路的作用。

2.1 電動(dòng)部件冷卻循環(huán)上的應(yīng)用

2.1.1 低溫冷卻循環(huán)上的應(yīng)用

為了保證新能源汽車(chē)各電動(dòng)零部件的正常使用，要求入口的冷卻液溫度不高于65℃，因此由散熱器、電動(dòng)水泵、電機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等串聯(lián)組成的冷卻循環(huán)回路為低溫冷卻循環(huán)回路（相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路）。電動(dòng)水泵主要作用滿足驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電動(dòng)部件等在車(chē)輛行駛的任何工況下都能滿足熱管理的技術(shù)需求；在新能源汽車(chē)上根據(jù)被冷卻的部件的不同，對(duì)電動(dòng)水泵的需求也不同。一般乘用車(chē)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電動(dòng)部件的冷卻用電動(dòng)水泵的需求功率一般在150W以下，其可以使用12V直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)水泵，并且可以使用那種取消動(dòng)靜密封形式的水泵。其代表為通用Volt，如圖3 所示。

圖3 低溫冷卻循環(huán)上的應(yīng)用

2.1.2 動(dòng)力電池上的應(yīng)用

隨著新能源汽車(chē)對(duì)續(xù)駛里程、輕量化的要求的不斷提升，越來(lái)越多的整車(chē)廠家都從采用風(fēng)冷的動(dòng)力電池，逐漸向液冷的動(dòng)力電池趨勢(shì)發(fā)展，利用液體工質(zhì)，通過(guò)水道間接或直接與發(fā)熱部件接觸，吸收熱量并帶到外部的散熱器；同時(shí)，通過(guò)風(fēng)冷的方式給散熱器中的液體工質(zhì)降溫，再將降溫后的液體工質(zhì)送回發(fā)熱部件內(nèi)部重新吸收熱量。這樣電動(dòng)水泵又出現(xiàn)在動(dòng)力電池的冷卻循環(huán)回路中，液冷是目前主流的冷卻方式，其代表為通用Volt，如圖4 所示。

圖4 動(dòng)力電池冷卻循環(huán)上的應(yīng)用

整個(gè)系統(tǒng)主要包括：電動(dòng)水泵、換熱器、三通閥、PTC加熱器、膨脹水箱。電池需要冷卻時(shí)，電池通過(guò)散熱板與冷卻液進(jìn)行換熱，加熱后的冷卻液被電動(dòng)水泵送入換熱器內(nèi)，在換熱器內(nèi)部一側(cè)通入制冷劑，一側(cè)通入冷卻液，兩者在換熱器內(nèi)充分換熱，熱量被制冷劑帶走，冷水流出換熱器在流入電池，形成一個(gè)循環(huán)。電池需要加熱時(shí)，關(guān)閉制冷回路，開(kāi)啟PTC加熱器，冷卻液被加熱后送入電池內(nèi)部，通過(guò)散熱板加熱電池。可以通過(guò)控制制冷回路通斷以及控制PTC加熱功率，來(lái)控制冷卻熱的溫度，從而控制電池內(nèi)部溫度。此種方案系統(tǒng)比較復(fù)雜，成本比較高。

另外，冬季零下工況下，乘客艙可以利用PTC加熱，然后進(jìn)行乘客艙供暖。如圖5所示。

圖5 PTC加熱循環(huán)上的應(yīng)用

3 電動(dòng)水泵選型及匹配

3.1 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程

電動(dòng)水泵的選型及匹配，目前的開(kāi)發(fā)流程如下：

圖6 電動(dòng)水泵選型及匹配開(kāi)發(fā)流程

3.1.1 整體冷卻系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集

電動(dòng)水泵的參數(shù)及性能：

（1）電動(dòng)水泵的主要參數(shù)

水泵參數(shù)是指泵工作性能的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，包括流量（Q）、揚(yáng)程（H）、轉(zhuǎn)速（n）、功率（P）等。

圖7 不同占空比下，PQ性能曲線

（2）電機(jī)系統(tǒng)及電動(dòng)部件的主要參數(shù)

收集電機(jī)系統(tǒng)及電動(dòng)部件的數(shù)據(jù)，主要是不同冷卻流量下的，壓降曲線。

圖8 壓降曲線

3.1.2 仿真分析

根據(jù)某電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)，通過(guò)仿真分析軟件搭建1D仿真分析模型，如圖7所示。

圖9 某電動(dòng)汽車(chē)熱管理仿真分析模型及分析結(jié)果

通過(guò)1D仿真邊界條件及仿真分析結(jié)果如下表所示，初步選擇的電動(dòng)水泵符合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)要求。

表1

4 結(jié)論

（1）通過(guò)分析新能源汽車(chē)上電動(dòng)水泵不同循環(huán)冷卻回路上應(yīng)用情況，

得出新能源汽車(chē)熱管理技術(shù)已經(jīng)成為研究核心方向。

（2）本文提出電動(dòng)水泵選型及匹配的開(kāi)發(fā)流程，并通過(guò)仿真分析軟件進(jìn)行水泵選型及匹配的設(shè)計(jì)，能夠較好對(duì)電動(dòng)水泵選型匹配設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 乘用車(chē)企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車(chē)積分并行管理辦法.http://www.miit.gov.cn/n1146295/n1146557/n1146624/c5824932/content.html.

[2] 趙東梅,谷中麗,王義春.電傳動(dòng)車(chē)輛冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī).2003,(2):16-19.

[3] 王健,許思傳,陳黎.基于 AMESim 的純電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2011,29(5):656-660.

[4] 方財(cái)義,汪韓送,羅高喬,何世安.純電動(dòng)汽車(chē)熱管理系統(tǒng)的研究[J].電子設(shè)計(jì)工程,2014,22(4):137～139.

[5] 張鳳山,趙樹(shù)剛.2012款雪佛蘭VOLT沃藍(lán)達(dá)電動(dòng)汽車(chē)維修手冊(cè)帶電路圖資料[M].機(jī)械工業(yè)出版社, 2013.