張 晶

（武漢市交通學校，湖北 武漢 430205）

隨著當今社會的不斷發(fā)展，純電動汽車越來越多地出現(xiàn)在消費者的面前，電動車取代燃油車已成為必然。因此，電動汽車電池性能的增強和續(xù)駛里程的增加成為支撐整個行業(yè)持續(xù)發(fā)展，符合市場化需要的重要途徑和必然趨勢，對推進社會各行各業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。

東風富康ES500轎車是東風雪鐵龍、東風標致品牌母公司--神龍汽車有限公司自主生產(chǎn)的一款純電動汽車，該車于2018年11月正式上市，搭載了國產(chǎn)自主生產(chǎn)的三相永磁同步電機 （最大功率90 kW，峰值扭矩260 Nm）及兩級減速器。匹配的高壓動力電池是寧德時代公司生產(chǎn)的三元 （鎳鈷錳）鋰電池，該電池總體標稱電壓為350.4 V（共含有192個電壓為3.65 V的單體電池，連接方式是兩兩并聯(lián)后串聯(lián)），容量49 kWh，為車輛的動力驅動電機、空調壓縮機、電子暖風加熱器PTC等高壓部件供電。

東風富康ES500轎車，采用了簡易版電池熱管理系統(tǒng)。在充電過程中，根據(jù)動力電池的溫度狀況，系統(tǒng)控制電池的升溫或降溫，使電池在理想的溫度下進行充電，從而延長電池使用壽命，增加車輛續(xù)駛里程。下面介紹簡易版電池熱管理系統(tǒng)的部件作用及工作原理。

1 簡易版電池熱管理系統(tǒng)所涉及部件的位置與作用

東風富康ES500電動汽車簡易版電池熱管理系統(tǒng)所涉及的部件有：動力電池控制單元 （BMS）、電機控制單元（MCU）、電池溫度控制器 （BCU）、空調控制電腦 （AC）、空調壓縮機、電子暖風加熱器 （PTC）、電子暖風水泵 （PTC水泵）、驅動電機電動水泵 （EWP）、空調電磁閥、空調電磁膨脹閥、暖風三通閥、電池冷卻循環(huán)水泵、電池進水口溫度傳感器、冷凝器風扇和電池熱交換裝置，如圖1所示。它們在車上的具體位置如圖2所示。

簡易版電池熱管理中各部件的作用如下。

1）動力電池控制單元 （BMS）。BMS安裝在動力電池的內部，不可單獨更換。在電池熱管理系統(tǒng)中主要作用有：①確認動力電池的快／慢充電情況；②確認動力電池內部溫度信息；③電池降溫時，控制動力電池給空調壓縮機供電；④電池升溫時，控制動力電池給電子暖風加熱器 （PTC）供電。

2）電機控制器 （MCU）。MCU是車輛驅動電機的控制單元，也是全車車載網(wǎng)絡H-CAN（高壓系統(tǒng)網(wǎng)）和P-CAN（低壓系統(tǒng)網(wǎng)）的網(wǎng)關。其控制車輛驅動電機的充／放電，安裝在車載充電機下方，驅動電機上方，打開引機蓋即可看到。在電池熱管理系統(tǒng)中的主要作用是：①將BMS發(fā)出的電池升溫／降溫信息通過網(wǎng)絡傳遞給空調控制電腦 （AC）和電池溫度控制器 （BCU）；②命令驅動電機電動水泵 （EWP）給冷凝器風扇供電。

3）電池溫度控制器 （BCU）。BCU安裝在駕駛員座椅的下方。主要作用是：①接受BMS通過網(wǎng)絡傳遞的電池升溫／降溫的命令，控制空調電磁閥和電磁膨脹閥的開／關；②接收電池進水口溫度傳感器的信息；③命令電池冷卻循環(huán)水泵開啟／關閉。

4）空調控制單元 （AC）。AC安裝在空調面板后方。主要作用是：接受BMS通過網(wǎng)絡傳遞的電池升溫／降溫的命令，控制空調壓縮機或電子暖風加熱器 （PTC）及電子暖風水泵（PTC水泵）工作。

圖1 簡易版電池熱管理系統(tǒng)部件圖

圖2 簡易版電池熱管理系統(tǒng)部件位置圖

5）電子暖風加熱器 （PTC）和電子暖風水泵 （PTC水泵）。兩部件安裝在機艙左下部。在電池熱管理系統(tǒng)中的作用是：PTC水泵接收空調電腦 （AC）的命令，PTC接收動力電池的高壓電，加熱PTC冷卻液并使加熱后的PTC冷卻液循環(huán)。

6）驅動電機電動水泵 （EWP）。EWP安裝在機艙左下部。在電池熱管理系統(tǒng)中，主要作用是：接受MCU通過HCAN網(wǎng)絡傳遞的命令，控制冷凝器風扇運轉。

7）電池循環(huán)水泵。安裝在車輛底盤上，前托架后方上部，動力電池前部。主要作用是：接受電池溫度控制器（BCU）的控制命令，使電池冷卻液循環(huán)。

8）熱交換裝置。安裝在驅動電機后部。主要作用是：在電池升溫／降溫時，利用熱傳遞原理，通過空調制冷劑（R134a）和PTC冷卻液在該裝置內對電池冷卻液進行降溫／升溫，使動力電池在理想溫度下充電。

9）空調電磁閥和空調電磁膨脹閥。前者安裝在空調高壓管路上，后者安裝在熱交換裝置前部。在動力電池降溫時，電池溫度控制器 （BCU）命令空調電磁閥關閉，電磁膨脹閥開啟，這樣，制冷劑 （R134a）將進入熱交換裝置而不進入蒸發(fā)器。此時，在電池充電狀態(tài)下優(yōu)先保證電池降溫，由于制冷劑無法經(jīng)過蒸發(fā)器，所以座艙內無空調制冷。

10）暖風三通閥。安裝在兩級減速器后部，驅動電機左后部。在驅動電池升溫時，電池溫度控制器 （BCU）命令暖風三通閥變換位置，使原來流經(jīng)暖風水箱的PTC冷卻液轉而流經(jīng)熱交換裝置。此時，在電池充電狀態(tài)下優(yōu)先保證電池升溫，由于PTC冷卻液無法經(jīng)過暖風水箱，所以座艙內無空調暖風。

11）電池進水口溫度傳感器。安裝在電池冷卻液進水管上，驅動電機后方。在熱管理系統(tǒng)中的主要作用是：反饋電池冷卻液進水口溫度信息給電池溫度控制器 （BCU），BCU根據(jù)此信息并結合電池內部溫度信息控制電池升溫／降溫的開啟與關閉。

12）空調壓縮機。安裝在機艙右下部。在電池熱管理系統(tǒng)中，主要作用是：在驅動電池降溫時，接受空調控制單元（AC）的啟動命令，使制冷劑R134a在空調系統(tǒng)內進行循環(huán)，并在熱交換裝置內部對電池冷卻液進行熱傳遞，使之降溫。

2 簡易版電池熱管理系統(tǒng)的工作原理

2.1 系統(tǒng)結構簡圖

簡易版電池熱管理系統(tǒng)的結構簡圖如圖3所示。

圖3 簡易版電池熱管理系統(tǒng)結構簡圖

在該系統(tǒng)結構圖中共存在3個循環(huán)：①動力電池冷卻液循環(huán)，見圖3中綠色箭頭；②PTC冷卻液循環(huán)，見圖3中紅色箭頭；③R134a空調制冷劑循環(huán)，見圖3中藍色箭頭。

2.2 動力電池升溫工作原理

動力電池升溫電路原理如圖4所示，圖示說明見表1。

圖4 動力電池升溫電路原理簡圖

表1 動力電池升溫電路原理簡圖圖示說明

1）當動力電池最低溫度低于15℃且平均溫度低于17℃（快充時），或動力電池最低溫度低于0℃且平均溫度低于2℃（慢充時），系統(tǒng)控制動力電池開始升溫。

2）電池溫度控制器 （BCU）接收從動力電池控制單元（BMS）通過網(wǎng)絡傳遞過來的制熱請求信息，并將此信息傳遞給空調控制單元 （AC）。收到制熱信息之后，BCU控制暖風三通閥關閉暖風水箱通道，打開熱交換裝置通道，并命令電池循環(huán)水泵開啟工作；AC控制PTC水泵啟動，并且發(fā)出要求電子暖風加熱器 （PTC）啟動的命令，動力電池組提供350.4 V高壓電給PTC，PTC啟動并加熱PTC冷卻液。同時，BCU還要通過電池進水口溫度傳感器監(jiān)控電池進水口溫度信息，防止電池升溫過度。

3）電池升溫時的PTC冷卻液循環(huán)為：PTC水泵→熱交換裝置→三通閥→電子暖風加熱器 （PTC）→PTC水泵；電池冷卻液循環(huán)為：電池循環(huán)水泵→動力電池組 （動力電池控制單元）→熱交換裝置→電池循環(huán)水泵。在熱交換裝置內，溫度高的PTC冷卻液與電池冷卻液進行熱傳遞，對溫度較低的電池冷卻液進行升溫。PTC冷卻液水壺和電池冷卻液水壺分別儲存冷卻液，并在循環(huán)過程中為系統(tǒng)提供充足的冷卻液。PTC冷卻液水壺和電池冷卻液水壺如圖5所示。

4）當電池進水口溫度高于50℃，動力電池升溫停止。電池溫度控制器 （BCU）控制三通閥復位 （打開暖風水箱通道）。BCU將動力電池升溫停止信息通過網(wǎng)絡傳遞給空調控制單元 （AC）和電池控制單元 （BMS），AC收到信息后將發(fā)出關閉電子暖風加熱器 （PTC）指令并關閉PTC冷卻液泵，BMS停止給PTC輸出高壓電，加熱停止。

圖5 機艙各冷卻液水壺位置圖

5）當動力電池最低溫度高于20℃且平均溫度高于22℃（快充時），或動力電池最低溫度高于5℃且平均溫度高于7℃（慢充時），電池溫度控制器 （BCU）命令電池冷卻液泵停止工作，電池冷卻液停止循環(huán)。

2.3 動力電池降溫工作原理

動力電池降溫電路原理如圖6所示，圖示說明見表2。

圖6 動力電池降溫電路原理簡圖

表2 動力電池降溫電路原理簡圖圖示說明

1）當動力電池最低溫度高于32℃且平均溫度高于30℃（快充時），或動力電池最低溫度高于35℃且平均溫度高于33℃ （慢充時），系統(tǒng)控制動力電池開始降溫。

2）電池溫度控制器 （BCU）接收從動力電池控制單元（BMS）通過網(wǎng)絡傳遞過來的制冷請求信息，并將此信息傳遞給空調控制單元 （AC）。收到制冷信息之后，BCU控制空調電磁閥關閉、電磁膨脹閥打開，此時蒸發(fā)器通道關閉，熱交換裝置通道打開，并且BCU還命令電池循環(huán)水泵開啟工作；AC發(fā)出要求空調壓縮機啟動的命令，動力電池組提供350.4 V高壓電給空調壓縮機，壓縮機啟動，同時電機控制器 （MCU）還要命令驅動電機電動水泵 （EWP）給冷凝器風扇供電。此外，BCU還要通過電池進水口溫度傳感器監(jiān)控電池進水口溫度信息，防止電池降溫過度。

3）電池降溫時的R134a制冷劑循環(huán)為：空調壓縮機→冷凝器→電磁膨脹閥→熱交換裝置→空調壓縮機；電池冷卻液循環(huán)為：電池循環(huán)水泵→動力電池組 （動力電池控制單元）→熱交換裝置→電池循環(huán)水泵。在熱交換裝置內，低溫的制冷劑R134a與電池冷卻液進行熱傳遞，帶走電池冷卻液的熱量對其進行降溫。電池冷卻液水壺儲存電池冷卻液，在循環(huán)過程中為系統(tǒng)提供充足的冷卻液。

4）當電池進水口溫度低于15℃，動力電池降溫停止。電池溫度控制器 （BCU）控制空調電磁閥打開、電磁膨脹閥關閉，此時蒸發(fā)器通道打開，熱交換裝置通道關閉。BCU將動力電池降溫停止信息通過網(wǎng)絡傳遞給空調控制單元 （AC）和電池控制單元 （BMS），AC收到信息后將發(fā)出關閉空調壓縮機指令，BMS停止給壓縮機輸出高壓電，同時電機控制器（MCU）命令驅動電機電動水泵 （EWP）不再給冷凝器風扇供電。降溫停止。

5）當動力電池最高溫度低于28℃且平均溫度低于26℃，電池溫度控制器 （BCU）命令電池冷卻液泵停止工作，電池冷卻液停止循環(huán)。

3 結束語

簡易版電池熱管理系統(tǒng)只有在純充電情況下才能對動力電池進行升／降溫，在車輛正常行駛過程中，電池不進行熱管理。電池溫度控制器 （BCU）根據(jù)條件要求空調壓縮機和電子暖風加熱器 （PTC）自動工作，讓電池在合適的溫度下進行充電。充電時，駕駛艙內暫時不允許空調系統(tǒng)進行制冷或制熱，BCU優(yōu)先考慮充電時動力電池的升／降溫。