與傳統(tǒng)汽油機(jī)汽車冷卻系統(tǒng)的開發(fā)相比，PHEV混合動(dòng)力汽車的冷卻系統(tǒng)開發(fā)更為復(fù)雜，不僅是發(fā)動(dòng)機(jī)的熱管理，還有驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的熱管理和電池系統(tǒng)，就系統(tǒng)而言，不僅在原有基礎(chǔ)上增加了兩組循環(huán)回路，而且在原有基礎(chǔ)上通過電子元器件的運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的熱管理，從而滿足車輛的需求。
1 車輛冷卻系統(tǒng)概述
該車動(dòng)力系統(tǒng)包括傳統(tǒng)的汽油增壓發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和動(dòng)力電池系統(tǒng)。根據(jù)整車的定義，需要對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行熱交換管理。鑒于各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)投入，整車熱量交換系統(tǒng)分為4個(gè)子系統(tǒng)：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)中冷系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)和電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)（電池冷卻和加熱） ）。其他是水循環(huán)系統(tǒng)。對(duì)于上述三種水冷系統(tǒng)，由于各部件對(duì)冷卻液溫度的要求不同，各系統(tǒng)的冷卻液溫度限值不同，見表1。
1.1 前端散熱模塊設(shè)計(jì)
前端模塊的設(shè)計(jì)是在組件通用化、周邊邊界不變的前提下，采用串聯(lián)布置：前端冷卻模塊（冷凝器、散熱器、中冷器和冷卻風(fēng)扇）基地車輛不大。決定繼續(xù)使用原型車的冷卻模塊。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的散熱要求，需要在此基礎(chǔ)上加裝低溫散熱器。具體方法是保持散熱器和中冷器的相對(duì)位置不變，只將冷凝器放在該位置的前面。移動(dòng)50mm，將低溫散熱器放置在該空間內(nèi)。修改后的前端模塊布局如圖 1 所示。
1.2 冷卻系統(tǒng)循環(huán)回路設(shè)計(jì)
鑒于三個(gè)系統(tǒng)對(duì)冷卻液溫度的不同要求，如圖2所示，整車?yán)鋮s系統(tǒng)分為三個(gè)冷卻液循環(huán)回路，分別是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)冷卻和電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)循環(huán)回路。
發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)對(duì)冷卻液的溫度要求與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)完全相同，溫度≤115℃，因此冷卻液循環(huán)回路與基礎(chǔ)車完全相同，而基礎(chǔ)車的散熱器總成依然沿用。不過考慮到低溫散熱器的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器芯的厚度和冷卻風(fēng)扇電機(jī)的功率都有所提升。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和冷卻液車載充電器的溫度要求都在70℃左右，所以三者串聯(lián)成一個(gè)回路。根據(jù)整車的功能定義，有一個(gè)工況是電機(jī)和發(fā)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，二是根據(jù)各部件的溫度極限大小，冷卻液流動(dòng)的順序?yàn)?a href='http://gw5u.cn/news/show-176152.html' title='解決方案:電動(dòng)自行車中使用的VESC控制器的技術(shù)信息' target='_blank'>電機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和發(fā)電機(jī)。對(duì)于車載充電器的冷卻，有兩個(gè)原因：①其對(duì)冷卻液溫度的要求接近電機(jī)系統(tǒng)的要求；②車載充電器僅在外部電源充電時(shí)車輛熄火時(shí)工作，因此串聯(lián)在電機(jī)系統(tǒng)的冷卻回路中，并且位于電路中的發(fā)電機(jī)后面。同時(shí)，系統(tǒng)回路配備了新的熱交換器——低溫散熱器和提供冷卻液循環(huán)的電動(dòng)水泵。
電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)對(duì)冷卻液的溫度要求非常嚴(yán)格汽車散熱器設(shè)計(jì)計(jì)算，需要滿足≤30℃的溫度，因此不能與上述兩個(gè)系統(tǒng)中的任何一個(gè)共享冷卻回路。并且由于所需的冷卻液溫度遠(yuǎn)低于車輛最高使用環(huán)境溫度（45°C）的限制，因此電池水冷系統(tǒng)不能使用環(huán)境空氣作為冷卻源，而是依靠空調(diào)制冷劑來供熱。耗散。因此，單獨(dú)設(shè)置電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的冷卻液循環(huán)回路，在回路中設(shè)置空調(diào)制冷劑對(duì)空氣進(jìn)行加熱。一種用于交換的新型熱交換器——提供冷卻劑循環(huán)的電動(dòng)水泵。
考慮到車廂環(huán)境邊界的限制，電機(jī)系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)和電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的充、脫氣共用一個(gè)脫氣室總成，脫氣和加注循環(huán)部件通過三通接口連接在一起.
電池?zé)峁芾硌h(huán)回路單獨(dú)布置，由于制冷采用空調(diào)系統(tǒng)制冷劑和冷卻液進(jìn)行熱交換，在空調(diào)制冷劑循環(huán)回路的基礎(chǔ)上增加了第二個(gè)回路，控制其通斷通過電磁閥。在這第二個(gè)回路中與冷卻液回路的熱交換采用雙通道換熱器()進(jìn)行傳熱，該回路的冷卻液循環(huán)依靠電動(dòng)水泵提供動(dòng)力源。
整個(gè)冷卻系統(tǒng)的冷卻液加注和排氣設(shè)計(jì)方案為：針對(duì)系統(tǒng)冷卻液溫度和系統(tǒng)壓力的差異，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)采用獨(dú)立的加注和排氣系統(tǒng)，將電機(jī)冷卻系統(tǒng)和電池?zé)崃θ跒橐惑w。管理系統(tǒng)。集成了冷卻液填充和脫氣系統(tǒng)。
2 冷卻系統(tǒng)電子元件的運(yùn)行控制
冷卻系統(tǒng)電氣元件（水泵和冷卻風(fēng)扇）的運(yùn)行管理和控制是系統(tǒng)本身的核心部分，也是車輛管理的重要組成部分。主要方法是本系統(tǒng)的控制器——電動(dòng)水泵通過硬線采集電機(jī)冷卻系統(tǒng)的水溫信號(hào)通過車載CAN通訊網(wǎng)絡(luò)從電機(jī)控制器接收電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的溫度信息驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)、車載充電器和雙電機(jī)控制器（集成DC/DC）車身和車輛VCU下發(fā)的空調(diào)運(yùn)行和BMS充電狀態(tài)控制電動(dòng)部件（水泵和風(fēng)扇）的運(yùn)行系統(tǒng)按需，
2.1 電動(dòng)水泵運(yùn)行控制
電動(dòng)水泵的運(yùn)行管理只針對(duì)電機(jī)冷卻和電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中的水泵運(yùn)行，包括水泵的運(yùn)行管理和故障管理。
對(duì)于電機(jī)冷卻系統(tǒng)電動(dòng)水泵的運(yùn)行控制，如圖3所示，系統(tǒng)控制器通過檢測(cè)或接收到的控制器、電機(jī)和發(fā)電機(jī)本體溫度、電機(jī)出口冷卻液溫度、電機(jī)以PWM方式控制電機(jī)。扭矩和速度。水泵在不同負(fù)載下運(yùn)行，以滿足系統(tǒng)熱交換要求。與電機(jī)冷卻系統(tǒng)的水泵管理相比，電池?zé)峤粨Q系統(tǒng)的電動(dòng)水泵管理相對(duì)簡(jiǎn)單。車輛BMS根據(jù)電池單體的溫度判斷是否需要冷卻。水泵的啟停是直接控制的，不需要水泵的負(fù)載運(yùn)行。
系統(tǒng)的故障管理包括系統(tǒng)的故障診斷、水泵和系統(tǒng)的自我保護(hù)功能。通過水泵控制器的預(yù)控策略，將水泵本身的故障以代碼的形式發(fā)送給VCU，便于故障診斷和維護(hù)。組合方法可以保護(hù)水泵免受過流、過壓、過熱和超速的影響，避免由此造成的損壞。同時(shí)基于CAN通訊網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的中斷對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行保護(hù)，避免由此造成的系統(tǒng)能力缺失。導(dǎo)致車輛無法滿足使用需求，如CAN網(wǎng)絡(luò)通訊信息或硬接線信號(hào)中的任何一個(gè)中斷，
2.2 冷卻風(fēng)扇運(yùn)行控制
車輛冷卻風(fēng)扇的作用不同于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)車和純電動(dòng)車的控制。它的運(yùn)行與發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和電池系統(tǒng)的正常運(yùn)行有關(guān)。為了滿足上述系統(tǒng)的需要，不能由每個(gè)系統(tǒng)控制。系統(tǒng)中任何一個(gè)系統(tǒng)都可以自由控制風(fēng)扇，否則會(huì)造成管理混亂，導(dǎo)致故障。我們的解決方案是通過上述系統(tǒng)的上層控制器——車輛控制器VCU來進(jìn)行整體管理。系統(tǒng)通過CAN網(wǎng)絡(luò)直接向VCU發(fā)送其風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)需求信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度發(fā)送風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)，電機(jī)冷卻系統(tǒng)控制器（即電動(dòng)水泵本身的控制器）按照既定程序發(fā)送電機(jī)。對(duì)于冷卻系統(tǒng)給風(fēng)扇的運(yùn)行信號(hào)，空調(diào)控制器將空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行需求發(fā)送給風(fēng)扇，然后VCU綜合判斷后直接控制冷卻風(fēng)扇的運(yùn)行，如圖所示圖 4。
由于涉及到公司專有技術(shù)的保密性，本文不再詳細(xì)介紹整個(gè)冷卻系統(tǒng)的水泵和風(fēng)扇運(yùn)行的詳細(xì)策略。
3 冷卻和中冷系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)
這輛車對(duì)冷卻系統(tǒng)的能力有不同的要求，因?yàn)殡姵責(zé)峁芾硐到y(tǒng)的冷卻能力是由電池和整車的空調(diào)系統(tǒng)來保證的。冷卻系統(tǒng)的作用是提供滿足系統(tǒng)要求的冷卻液循環(huán)流量。液體循環(huán)流量≥10L/min。通過系統(tǒng)容量的匹配，該循環(huán)回路的冷卻液循環(huán)流量滿足要求。因此，本文不討論該系統(tǒng)的容量，而只討論發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)和電機(jī)冷卻系統(tǒng)的容量設(shè)計(jì)。
3.1 冷卻和中冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸入
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)輸入包括整車環(huán)境溫度、工況、相應(yīng)工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)負(fù)載、發(fā)動(dòng)機(jī)散熱要求、電機(jī)系統(tǒng)、冷卻液溫度限值、車身溫度限值等參數(shù)。詳見表 2。
通過整車CFD仿真分析得到系統(tǒng)換熱器的進(jìn)氣量值，如圖5所示，仿真結(jié)果如表3所示。
3.2 冷卻和中冷系統(tǒng)容量計(jì)算
車輛冷卻系統(tǒng)容量的計(jì)算，無論是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)還是電機(jī)冷卻系統(tǒng)，都必須考慮空調(diào)系統(tǒng)對(duì)其冷卻系統(tǒng)的影響。車輛冷卻系統(tǒng)的計(jì)算是冷側(cè)（風(fēng)側(cè)）和熱交換系統(tǒng)的熱量。計(jì)算兩側(cè)（水側(cè)）的熱交換平衡。本系統(tǒng)的計(jì)算方法是在系統(tǒng)計(jì)算中考慮空調(diào)冷凝器換熱空氣側(cè)進(jìn)風(fēng)口溫升△T，并通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用該數(shù)據(jù)。累加，本文取△T為15℃。此外，在計(jì)算混合動(dòng)力模式下發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的容量時(shí)，還應(yīng)考慮布置在發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器前面的電機(jī)散熱器的影響。本文采用溫升法計(jì)算系統(tǒng)容量。計(jì)算結(jié)果如表4所示。
就發(fā)動(dòng)機(jī)中冷系統(tǒng)而言，整個(gè)冷卻系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)對(duì)熱交換系統(tǒng)的冷側(cè)進(jìn)氣沒有任何不利影響。影響詳細(xì)計(jì)算：熱側(cè)氣壓損失為8kPa，滿足不超過12kPa的設(shè)計(jì)要求；中冷系統(tǒng)最高進(jìn)風(fēng)溫升為22.9℃，滿足進(jìn)風(fēng)溫升≤30℃的設(shè)計(jì)要求。
結(jié)論：冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力滿足整車設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。
4 測(cè)試驗(yàn)證
在模型ET的開發(fā)階段，進(jìn)行了冷卻系統(tǒng)的整車鼓試驗(yàn)（圖5），以驗(yàn)證冷卻系統(tǒng)的實(shí)際能力。
根據(jù)原始測(cè)試數(shù)據(jù)，分析處理得到的結(jié)果如表5所示，滿足整車對(duì)冷卻系統(tǒng)容量的要求。
5 結(jié)論
對(duì)于插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV），動(dòng)力總成的散熱要求和工況比較復(fù)雜，對(duì)冷卻系統(tǒng)的容量要求也非常高。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)難度大，各個(gè)子系統(tǒng)既需要物理集成又需要性能協(xié)調(diào)分配，同時(shí)需要整體控制。本文提供的解決方案完全相同：
1）在原型車?yán)鋮s模塊的基礎(chǔ)上，增加了低溫散熱器，布置在原空調(diào)冷凝器和發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器之間，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，很好地保持了原型的布局邊界整車環(huán)保件，節(jié)省研發(fā)成本。
2）電機(jī)冷卻系統(tǒng)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)、雙電機(jī)控制器、車載充電器連接成一個(gè)電路；對(duì)于電池冷卻，設(shè)置了一個(gè)單獨(dú)的電路，并依靠空調(diào)系統(tǒng)散熱。同時(shí)與電機(jī)冷卻系統(tǒng)共用脫氣室加水。脫氣。電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理。
3）系統(tǒng)電子元件的運(yùn)行按需控制和調(diào)整：電機(jī)冷卻系統(tǒng)水泵根據(jù)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)通過PWM調(diào)速汽車散熱器設(shè)計(jì)計(jì)算，電池冷卻水泵由BMS控制啟動(dòng)和停止，冷卻風(fēng)扇由車輛控制器綜合協(xié)調(diào)。啟動(dòng)和停止速度調(diào)節(jié)。
該方案已經(jīng)開發(fā)驗(yàn)證，各方面狀況良好，對(duì)同類車型冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)具有參考意義。
作者：萬鑫殷盛代王樂陳志勇陳濤單位：東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心
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