文章來源：江鈴汽車股份有限公司 1前言 純電動(dòng)車型冬季續(xù)航衰減主要來自于兩點(diǎn)：一，電池包可用容量受低溫直接影響；二、純電動(dòng)汽車冬季暖風(fēng)空調(diào)熱源來自電能而非發(fā)動(dòng)機(jī)余熱。不難發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前動(dòng)力電池技術(shù)沒有重大提升的局面下，高度集成化的熱管理和高效節(jié)
純電動(dòng)車型冬季續(xù)航衰減主要來自于兩點(diǎn)：一，電池包可用容量受低溫直接影響；二、純電動(dòng)汽車冬季暖風(fēng)空調(diào)熱源來自電能而非發(fā)動(dòng)機(jī)余熱。不難發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前動(dòng)力電池技術(shù)沒有重大提升的局面下，高度集成化的熱管理和高效節(jié)能空調(diào)技術(shù)，是解決以上問題的關(guān)鍵路徑。本文將從四通閥和高效熱泵空調(diào)兩方面，提供行之有效的解決方案。2電動(dòng)車低溫續(xù)航衰減評價(jià)方法本文的測試評價(jià)方法采用 2019年的新版中汽研《EV-TEST（電動(dòng)汽車測評）管理規(guī)則》，用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的測試規(guī)范評價(jià)中國工況（后文簡寫CLTC-P）冬季低溫續(xù)航衰減情況，引入更多的中低速、怠速工況，更加貼合中國車主實(shí)際用車情況，有利于解決顧客對公告續(xù)航與實(shí)際續(xù)航符合度的疑問。2.2低溫續(xù)航評價(jià)指標(biāo)在這里，我們使用低溫續(xù)航衰減比例（相比常溫續(xù)航）來衡量低溫續(xù)航的水平，如下：（ 2）L1：常溫續(xù)航km，試驗(yàn)環(huán)境溫度：(25±5)℃，續(xù)航工況：中國乘用車行駛工況CLTC-P；（ 3）L2：低溫續(xù)航km，試驗(yàn)環(huán)境溫度：(-7±3)℃，續(xù)航工況：中國乘用車行駛工況CLTC-P；純電動(dòng)車型冬季低溫行車或充電時(shí)， 整車熱管理的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是管控三電系統(tǒng)運(yùn)行下最佳溫度區(qū)間。四通閥采用集成式熱管理的設(shè)計(jì)理念，將電機(jī)水路和電池包水路連通，在電池包沒有對應(yīng)的熱管理請求時(shí)，利用電機(jī)的余熱以及電機(jī)系統(tǒng)的散熱功能給電池包進(jìn)行加熱或冷卻，提高能量利用率，降低電池包低溫性能衰減，使顧客用更低的使用成本獲得更優(yōu)的續(xù)航和駕駛性體驗(yàn)。電機(jī)冷卻水路主要零部件：電機(jī)及控制器、 DCDC+OBC、低溫散熱器、副水箱、水泵、兩位三通閥及其管路等；電池包加熱及冷卻水路主要零部件：電池包水套、副水箱、水泵、chiller換熱器、電池包PTC等；四通閥：連接電機(jī)和電池包水路。四通閥集成熱管理分為常規(guī)、預(yù)加熱和預(yù)冷卻三種工作模式，低溫續(xù)航優(yōu)化的重點(diǎn)在于預(yù)加熱模式利用電機(jī)余熱對電池包進(jìn)行加熱。通過環(huán)境溫度、電機(jī)溫度、電池包溫度綜合判斷，默認(rèn)狀態(tài)下，四通閥處于關(guān)閉狀態(tài)，電機(jī)水路和電池包水路相互獨(dú)立，分別根據(jù) VCU/BMS控制指令的最高需求調(diào)控水泵和風(fēng)扇的工作狀態(tài)。當(dāng)滿足一定條件時(shí)，進(jìn)入余熱回收階段，四通閥關(guān)閉，兩位三通閥關(guān)閉，電機(jī)水路蓄熱。當(dāng)滿足一定條件時(shí)，進(jìn)入預(yù)加熱階段，四通閥開啟，兩位三通閥關(guān)閉，風(fēng)扇關(guān)閉，兩個(gè)水泵同時(shí)工作，電池包入口水溫高于電芯溫度，電池包溫度上升。當(dāng)條 件不滿足時(shí)，退回默認(rèn)狀態(tài)。4高效熱泵空調(diào)節(jié)能技術(shù)介紹相較于 PTC（Positive Temperature Coefficient后文簡寫PTC）消耗電能制熱，熱泵空調(diào)制熱原理為：熱量從溫度較低的車外向溫度較高的車內(nèi)傳遞。熱泵空調(diào)關(guān)鍵零部件與傳統(tǒng)車在空調(diào)較為相似 :包括壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、水冷凝器、電池包換熱器等。利用換向閥改變制冷劑流向，將蒸發(fā)器在反向循環(huán)中充當(dāng)冷凝器進(jìn)行放熱，即實(shí)現(xiàn)了熱量從相對低位（車外）運(yùn)輸?shù)较鄬Ω呶唬ㄜ噧?nèi)）。當(dāng)溫度較低或者外換熱器結(jié)霜的情況下，熱泵空調(diào)無法繼續(xù)制熱，采用PTC制熱作為補(bǔ)充熱源，提高顧客的使用舒適度。熱泵空調(diào)能效比相比 PTC大大提升，配 置熱泵空調(diào)的純電動(dòng)車型在冬季低溫續(xù)航的表現(xiàn)上具有顯著優(yōu)勢。4.2.1風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制策略在低溫續(xù)航試驗(yàn)中，電子風(fēng)扇占熱泵空調(diào)系統(tǒng)能耗 15%～40%。增加車速、環(huán)境溫度、系統(tǒng)高壓、熱泵工作模式等控制邊界優(yōu)化電子風(fēng)扇工作檔位請求，空調(diào)控制器傳輸?shù)絍CU，根據(jù)整車控制指令的最高需求調(diào)控電子風(fēng)扇工作狀態(tài)，大幅降低風(fēng)扇能耗，可有效降低冬季低溫因開空調(diào)采暖造成的續(xù)航衰減。前文 3.1熱泵空調(diào)工作原理已經(jīng)闡述了，為了保證熱泵空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，采用PTC制熱作為輔助熱源，提升顧客體驗(yàn)。基于當(dāng)前的技術(shù)方案，優(yōu)化空調(diào)模塊軟件策略，以環(huán)境溫度、車內(nèi)溫度、車外溫度、蒸發(fā)器表面溫度為邊界輸入，空調(diào)控制器調(diào)控內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門開度，通過不同環(huán)境溫度下的轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)空調(diào)標(biāo)定驗(yàn)證，在確保行車過程中前擋風(fēng)玻璃不起霧的前提下，最大限度降低PTC能耗。如圖 4四通閥對電池包溫升及放電容量的優(yōu)化效果對比，電池包溫升速率明顯提升，平均溫度提高約2℃，電池包總放電量提升約2.5%。對冬季續(xù)航和駕駛性能優(yōu)化明顯。5.2高效熱泵空調(diào)節(jié)能效果驗(yàn)證如圖 5，冬季低溫續(xù)航試驗(yàn)中，優(yōu)化后的高效熱泵空調(diào)系統(tǒng)，帶PTC輔助熱源，系統(tǒng)平均能耗相比傳統(tǒng)PTC下降超過40%。表 1對比了不同方案低溫續(xù)航（-7℃） 相比常溫續(xù)航衰減比例：四通閥集成式熱管理技術(shù)和高效熱泵空調(diào)，是優(yōu)化電動(dòng)車冬季低溫續(xù)航行之有效的解決方案。（ 1）四通閥集成式熱管理技術(shù)，在低溫續(xù)航（-7℃）CLTC-P試驗(yàn)中，電池包平均溫度提高約2℃，電池包總放電量提升約2.5%；（ 2）高效熱泵空調(diào)通過優(yōu)化電子風(fēng)扇檔位控制和內(nèi)外循環(huán)風(fēng)門開度控制策略，相比傳統(tǒng)PTC加熱采暖，系統(tǒng)節(jié)能超過40%；（ 3）低溫（-7℃）CLTC-P續(xù)航試驗(yàn)中，相比傳統(tǒng)PTC空調(diào)采暖方式，低溫續(xù)航衰減比例下降約10%。
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