不再畏懼冷暖 電動汽車溫控系統(tǒng)組成詳解
電動汽車相比于傳統(tǒng)的燃油車,電動車的溫控系統(tǒng)會更為復雜,設計要求和難度也相應更高。其中制冷系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)是電動車的用電大戶,特別是采暖系統(tǒng),當冬季行駛打開PTC加熱器采暖時,幾乎三分之一的電量用于電池模組的制熱,從而讓動力電池能快速達到工作溫度,否則將嚴重影響汽車正常行駛和續(xù)航里程。
溫控系統(tǒng),顧名思義,就是整車溫度控制系統(tǒng),又稱整車熱管理系統(tǒng),主要功能就是對整車內部溫度及部件工作環(huán)境溫度進行控制和調節(jié)作用,以保證部件能正常工作,給乘員提供舒適的乘坐環(huán)境。溫控系統(tǒng)是整車不可或缺的一部分,它不僅為駕乘人員提供舒適的駕乘環(huán)境,更要有效保證某些零部件正常、高效工作。
對于傳統(tǒng)燃油車而言,溫控系統(tǒng)主要包含空調系統(tǒng)和發(fā)動機冷卻系統(tǒng),兩個系統(tǒng)相對獨立。
(傳統(tǒng)燃油汽車溫控系統(tǒng))
電動汽車溫控系統(tǒng)組成
對于純電動汽車而言,可根據(jù)各個部件工作溫度要求,一般會設計有:空調制冷系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)、電機冷卻系統(tǒng)和電池溫度控制系統(tǒng)。
空調制冷系統(tǒng),與傳統(tǒng)車類似,使用電動壓縮機取代傳統(tǒng)壓縮機(發(fā)動機帶動)。主要包含電動壓縮機,冷凝器、儲液罐、膨脹閥、蒸發(fā)器、冷卻風扇、鼓風機等零部件。
(純電動汽車溫控系統(tǒng)組成結構)
溫控采暖系統(tǒng)介紹
目前電動汽車的采暖系統(tǒng)主要有兩種加熱方案
1、采用PTC空氣加熱器直接加熱空氣,取代傳統(tǒng)車上的暖風芯體。冷空氣直接流經加熱器表面,加熱后送入車內。這種方案成本比較低,但由于PTC接入乘員艙內,存在一定的安全風險,此外加熱器表面溫度比較高,容易將周邊塑料烤熱發(fā)出異味。所以采用這種方案的時候,在設計加熱器的安裝位置時需要更為細致留意。
(PTC空氣加熱器)
2、采用PTC水加熱器間接加熱空氣。保留傳統(tǒng)空調的暖風芯體,外接一套PTC加熱循環(huán)回路。PTC先把水加熱,熱水流入暖風芯體與冷空氣換熱,冷空氣被加熱后送入乘員艙內。整套回路布置與前艙內,避免了高壓接入乘員艙內的安全隱患,加熱后的水溫不會烤熱塑料而發(fā)出異味。但這套系統(tǒng)增加了PTC、水泵、管路等零部件,相對與第一種方案成本會更為高昂。
(PTC水加熱器加熱空氣方案)
溫控電機冷卻系統(tǒng)介紹
電動汽車的電機冷卻跟發(fā)動機冷卻系統(tǒng)相似,一般由電動水泵、散熱器、冷卻風扇、膨脹水壺和管路等部件組成。如果車內的電子功率件(電機控制器、DCDC等)的冷卻方式與電機的相同,一般會把功率件也串聯(lián)在此回路里面,根據(jù)各個零部件的溫度特性進行排布。
(電機溫控系統(tǒng))
溫控電池熱管理系統(tǒng)
目前電動汽車的電池熱管理系統(tǒng)目前主流的主要有三種方案
1、風冷模式
風冷是以低溫空氣為介質,利用熱的對流,降低電池溫度的一種散熱方式,分為自然冷卻和強制冷卻(利用風機等)。該技術利用自然風或風機,配合汽車自帶的蒸發(fā)器為電池降溫,系統(tǒng)結構簡單、便于維護,在早期的電動乘用車應用廣泛,如日產聆風(Nissan Leaf)、起亞Soul EV等,在目前的電動巴士、電動物流車中也被廣泛應用中。
但是這種方案受外界環(huán)境影響比較大,特別是高溫天氣下,需要從乘員艙引入冷風,換熱效率比較低,因入口風溫比較難控制,故電池溫度也比較難控制。
風冷的基本原理圖如下:
(典型風冷結構圖)
2、水冷模式
采用水冷方式換熱,通過液體對流換熱,將電池產生的熱量帶走,降低電池溫度。液體介質的換熱系數(shù)高、熱容量大、冷卻速度快,對降低最高溫度、提升電池組溫度場一致性的效果顯著,同時,熱管理系統(tǒng)的體積也相對較小。采用水冷模式一般采用一個換熱器與制冷循環(huán)耦合起來,通過制冷劑將電池的熱量帶走。整個系統(tǒng)主要包括:電子水泵,換熱器,電池散熱板,PTC加熱器、膨脹水箱。
(典型液冷系統(tǒng)結構圖)
電池需要冷卻時,電池通過散熱板與冷卻液進行換熱,加熱后的冷卻液被電子水泵送入換熱器內,在換熱器內部一側通入制冷劑,一側通入冷卻液,兩者在換熱器內充分換熱,熱量被制冷劑帶走,冷水流出換熱器在流入電池,形成一個循環(huán)。電池需要加熱時,關閉制冷回路,開啟PTC加熱器,冷卻液被加熱后送入電池內部,通過散熱板加熱電池??梢酝ㄟ^控制制冷回路通斷以及控制PTC加熱功率,來控制冷卻熱的溫度,從而控制電池內部溫度。此種方案系統(tǒng)比較復雜,氣密性要求也較高,成本高昂。但是其形式較為靈活,溫度較易控制準確。
水冷模式是目前許多電動乘用車最為主流的優(yōu)選方案,典型應用有:特斯拉、通用沃藍達(Volt)、吉利帝豪EV等。
3、直冷模式
直冷模式就是使用制冷劑直接對電池系統(tǒng)進行快速冷卻散熱,其原理是利用制冷劑(R134a等)蒸發(fā)潛熱的原理,在整車或電池系統(tǒng)中建立空調系統(tǒng),將空調系統(tǒng)的蒸發(fā)器安裝在電池系統(tǒng)中,制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)并快速高效地將電池系統(tǒng)的熱量帶走,從完成對電池系統(tǒng)冷卻的作業(yè)。但是此種方案只能解決電池系統(tǒng)的冷卻散熱的問題,卻不能解決電動汽車電池在低溫地區(qū)快速升溫的要求,所以一般需要單獨另外設計一個加溫系統(tǒng)進行快速升溫。
目前通過直冷的冷卻方式最典型的應用是BMW i3(BMW i3同時采用液冷、直冷兩種冷卻方案)。
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