李 昕

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 當(dāng)前主流技術(shù)方案相關(guān)背景

目前很多車企增程式汽車采用液液換熱器對(duì)電機(jī)電控等部件的熱量進(jìn)行回收，將熱量傳遞給冷卻水循環(huán)，用于發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱、輔助駕艙采暖以及電池保溫等。但是，現(xiàn)有的很多方案，存在以下兩點(diǎn)老大難問題：①現(xiàn)有方案效率低下，熱量轉(zhuǎn)化較慢；②現(xiàn)有方案每套系統(tǒng)里面都單獨(dú)帶循環(huán)水泵，成本和布置壓力大。本系統(tǒng)以解決現(xiàn)有方案的局限性為出發(fā)點(diǎn)，兼顧系統(tǒng)更強(qiáng)大的兼容和拓展性能而實(shí)施。后文將對(duì)此作詳細(xì)的介紹。

2 本系統(tǒng)技術(shù)方案的詳細(xì)闡述

本系統(tǒng)在某增程式輕卡車型上搭載使用，目前樣車完成下線并正在進(jìn)行相關(guān)標(biāo)定。本系統(tǒng)通過與多通電磁閥的連接配合和控制，實(shí)現(xiàn)冬季駕艙的快速制熱和電池保溫，提升熱量轉(zhuǎn)換效率同時(shí)減少系統(tǒng)成本。同時(shí)，在夏天可以對(duì)散熱不足點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償散熱。

本系統(tǒng)的熱管理圖如圖1所示，藍(lán)色線路代表冷媒回路，黑色線路代表冷卻液回路（下文稱水路）。水路循環(huán)主要有四大塊：①電機(jī)和電控系統(tǒng)水路，②駕艙暖風(fēng)系統(tǒng)水路，③發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)水路，④電池加熱系統(tǒng)水路。本系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中各個(gè)系統(tǒng)的時(shí)效性進(jìn)行設(shè)計(jì)，將電機(jī)和電控系統(tǒng)水路，駕艙暖風(fēng)系統(tǒng)水路，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)水路整合為共用水路，通過電子控制的三通閥和四通閥進(jìn)行切換，從而實(shí)現(xiàn)高效率熱傳遞和交換。

本系統(tǒng)有以下幾個(gè)工況，水路循環(huán)通路部分以紅線表示。

1）如圖2所示，在冬天啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升需要一定時(shí)間，而此時(shí)電機(jī)和電控系統(tǒng)已經(jīng)開始工作并產(chǎn)生了一定熱量，此時(shí)1號(hào)三通閥連接散熱器端關(guān)閉不參與散熱，1號(hào)截止閥截止，1號(hào)四通閥和2號(hào)四通閥按圖2狀態(tài)通斷，余熱僅僅用于駕艙的采暖，水循環(huán)通過電子水泵提供動(dòng)力。這種工況用于駕艙采暖優(yōu)先度較高的情況，待發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升后再切換電磁閥的通斷狀態(tài)。

圖2 余熱單獨(dú)給暖風(fēng)加熱

2）如圖3所示，在冬天啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升需要一定時(shí)間，而此時(shí)電機(jī)和電控系統(tǒng)已經(jīng)開始工作并產(chǎn)生了一定熱量，此時(shí)1號(hào)三通閥連接散熱器端關(guān)閉不參與散熱，1號(hào)截止閥截止，1號(hào)四通閥和2號(hào)四通閥按圖3狀態(tài)通斷，余熱通過液液換熱器優(yōu)先給動(dòng)力電池加熱，讓動(dòng)力電池快速升溫到理想工況，水循環(huán)通過電子水泵提供動(dòng)力，待發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升后再切換電磁閥的通斷狀態(tài)。

圖3 余熱單獨(dú)給電池加熱

3）如圖4所示，在冬天啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升需要一定時(shí)間，而此時(shí)電機(jī)和電控系統(tǒng)已經(jīng)開始工作并產(chǎn)生了一定熱量，此時(shí)1號(hào)三通閥連接散熱器端關(guān)閉不參與散熱，1號(hào)截止閥截止，1號(hào)四通閥和2號(hào)四通閥按圖4狀態(tài)通斷，余熱進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)大循環(huán)，輔助發(fā)動(dòng)機(jī)快速預(yù)熱，水循環(huán)通過發(fā)動(dòng)機(jī)水泵提供動(dòng)力，等發(fā)動(dòng)機(jī)水溫高于余熱溫度時(shí)再切換各電磁閥的通斷狀態(tài)。

圖4 余熱輔助發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱

4）如圖5所示，在冬天啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升需要一定時(shí)間，而此時(shí)電機(jī)和電控系統(tǒng)已經(jīng)開始工作并產(chǎn)生了一定熱量，此時(shí)1號(hào)三通閥連接散熱器端關(guān)閉不參與散熱，1號(hào)截止閥截止，2號(hào)三通閥截止，1號(hào)四通閥和2號(hào)四通閥按圖5狀態(tài)通斷。此時(shí)余熱可以同時(shí)給駕艙和動(dòng)力電池加熱，水循環(huán)通過電子水泵提供動(dòng)力，待發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升后再切換各電磁閥的通斷狀態(tài)。

圖5 余熱給電池和駕艙同時(shí)加熱

5）如圖6所示，在夏天高溫時(shí)，各個(gè)模塊均需要散熱，此時(shí)1號(hào)三通閥如圖6所示狀態(tài)，1號(hào)截止閥打開，四通閥均關(guān)閉。對(duì)于電機(jī)電控模塊，電機(jī)散熱器開始正常工作，電子水泵工作，該模塊進(jìn)行自散熱。發(fā)動(dòng)機(jī)通過散熱器進(jìn)行自散熱，而動(dòng)力電池通過CHILLER進(jìn)行散熱。

圖6 夏天各模塊自散熱

6）在夏天溫度特別高時(shí)，部分模塊如存在散熱不足的情況時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入全散熱模式，即全車的散熱器均開啟并參與散熱，此時(shí)各電磁閥的狀態(tài)如圖7所示。電子水泵關(guān)閉，散熱系統(tǒng)水循環(huán)通過發(fā)動(dòng)機(jī)水泵提供動(dòng)力。暖風(fēng)芯體、散熱器、電機(jī)散熱器均參與散熱。若發(fā)動(dòng)機(jī)水溫過高（通常情況下，電機(jī)電控溫度低于發(fā)動(dòng)機(jī)），可以調(diào)整1號(hào)四通閥和2號(hào)四通閥的狀態(tài)，啟動(dòng)暖風(fēng)芯體和散熱器散熱，電機(jī)電控模塊進(jìn)行自散熱。具體需要根據(jù)系統(tǒng)的計(jì)算情況，總之，電機(jī)散熱器、散熱器、暖風(fēng)芯體可以獨(dú)立工作也可以全部工作，也可以兩兩進(jìn)行協(xié)同補(bǔ)償工作。

圖7 夏天全散熱

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一種余熱回收系統(tǒng)，通過電控截止閥、三通閥、四通閥的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)水路的特異性循環(huán)和水溫的自調(diào)整，使得零部件始終在最佳工況下運(yùn)行。通過余熱的直接利用，提升了熱量傳遞的效率。通過水泵的間接利用，減少了水泵的個(gè)數(shù)，有效降低成本。本系統(tǒng)可以適應(yīng)溫差更大的高溫和低溫。

3 本系統(tǒng)的亮點(diǎn)

1）本系統(tǒng)水路的互聯(lián)設(shè)計(jì)，水循環(huán)系統(tǒng)可以在1套、2套、3套之間轉(zhuǎn)換。

2）本系統(tǒng)水循環(huán)動(dòng)力供應(yīng)的設(shè)計(jì)，小循環(huán)取消獨(dú)立水泵降低成本和PPM，采用2套主水泵，通過電磁閥修改水泵服務(wù)的水路[4]。

3）本系統(tǒng)1號(hào)三通閥的設(shè)計(jì)，對(duì)電機(jī)散熱器實(shí)現(xiàn)了“短路”的控制。在不需要該散熱器時(shí)，通過類似電路系統(tǒng)中短路的設(shè)計(jì)，將該散熱器屏蔽，水流通過管路直接用于其他系統(tǒng)的加熱。

4）本系統(tǒng)多模式余熱回收的設(shè)計(jì)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)、駕艙、動(dòng)力電池的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行識(shí)別并控制電磁閥狀態(tài)。

5）本系統(tǒng)各種散熱模式的設(shè)計(jì)，全散熱模式，整車散熱器包括暖風(fēng)芯體，全部參與散熱，用于極端高溫工況。補(bǔ)償散熱，用于某個(gè)零部件散熱能力不足的工況[5]。

綜上所述，本系統(tǒng)為某增程式商用車的余熱回收和散熱系統(tǒng)，冬天余熱回收，夏天散熱補(bǔ)償。目前搭載汽油機(jī)增程器。若搭載柴油機(jī)增程器，余熱還可用于冬天尿素解凍，系統(tǒng)具備一定的拓展性。

4 結(jié)束語

隨著新能源汽車的普及，商用車領(lǐng)域也掀起了混動(dòng)和純電動(dòng)的旋風(fēng)。目前市面上新能源商用車BEV為主銷，部分車企已經(jīng)著手于PHEV和REEV車型的開發(fā)，電池的容量基本都在15kWh以上，充電功率3kW以上。這就意味著這些車型已經(jīng)采取了一些熱管理措施。不同于傳統(tǒng)汽車底盤三大件，新能源汽車的“三電一熱”即電池、電機(jī)、電控以及熱管理占據(jù)更重要的地位。隨著后期電池容量的增加以及充電功率的增加，如超充的引入，電池的熱負(fù)荷會(huì)大幅增加。與此同時(shí)，整車零部件和控制器的增加意味著布置空間的減小，熱害的侵?jǐn)_可能比以往要更多。這些都對(duì)我們的熱管理設(shè)計(jì)提出了更大的挑戰(zhàn)。當(dāng)然，我們也會(huì)不斷地去探索新的熱管理模式，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不斷進(jìn)步。