本文導(dǎo)讀

汽車熱管理系統(tǒng)就是對(duì)汽車進(jìn)行溫控和冷卻，用來保證汽車各零部件以及駕駛艙內(nèi)處于適宜的溫度范圍。在新能源汽車上主要表現(xiàn)在電池系統(tǒng)、電驅(qū)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制上，而各回路系統(tǒng)的水泵作為能量流動(dòng)的重要角色，因此，做到對(duì)三個(gè)水泵的靈活控制顯得尤為重要。

隨著低碳經(jīng)濟(jì)的提出和節(jié)能減排的號(hào)召，“新能源”已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)話題，在新能源汽車上更是對(duì)車內(nèi)能源利用率提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)各回路熱量與冷量需求的內(nèi)部匹配。新能源電動(dòng)汽車熱管理已成為保障車輛寬溫域環(huán)境適應(yīng)能力、電池?zé)岚踩统藛T艙熱舒適性等方面的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)也對(duì)電動(dòng)汽車的能耗，特別是高低溫環(huán)境下的整車能耗有著顯著影響。隨著車輛電氣化和智能化的快速發(fā)展，與傳統(tǒng)汽車相比，電動(dòng)汽車熱管理技術(shù)和發(fā)展路線在動(dòng)力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等子熱力系統(tǒng)和整車層面都呈現(xiàn)出了明顯的差異和巨大的進(jìn)步。

新能源汽車熱管理系統(tǒng)

汽車在行駛工作時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而熱管理系統(tǒng)便是負(fù)責(zé)汽車內(nèi)部熱量的產(chǎn)生和傳輸?shù)葐栴}，將車內(nèi)熱量控制在合適的范圍內(nèi)，防止高溫引起汽車故障。

圖1汽車熱管理構(gòu)成

傳統(tǒng)燃油汽車的熱管理系統(tǒng),基本圍繞其動(dòng)力系統(tǒng)展開,主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)以及主要利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱和動(dòng)力進(jìn)行制熱/制冷的空調(diào)系統(tǒng)?

對(duì)于新能源的熱管理系統(tǒng)，需要具備更復(fù)雜的系統(tǒng)，更高的成本，比如相較傳統(tǒng)燃油車，多了電池、電驅(qū)電器件，就要多一套的電池冷卻系統(tǒng)，以及增加電動(dòng)電器件的冷卻系統(tǒng)。新能源汽車熱管理系統(tǒng)包括電池?zé)峁芾怼?a target="_blank">電機(jī)電控?zé)峁芾砗涂照{(diào)熱管理。

電池?zé)峁芾?/p>

動(dòng)力電池能完全發(fā)揮性能的溫度范圍通常為 0℃~40℃?溫度過低,電池充放電功率性能下降,整車表現(xiàn)出動(dòng)力不足?續(xù)航縮減;溫度過高會(huì)產(chǎn)生電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn),威脅整車安全。電池的散熱方式主要有風(fēng)冷式、液冷式和直冷式。隨電池的能量密度提升，直冷已經(jīng)滿足不了散熱需求了，而液體的比熱容比空氣高，液冷式比風(fēng)冷式散熱效果更佳，使得液冷成為主流趨勢(shì)。

電機(jī)電控?zé)峁芾?/p>

電機(jī)和電控是新能源汽車一大發(fā)熱源。溫度控制帶來最佳性能體驗(yàn)，電機(jī)電控零部件產(chǎn)生高溫影響性能，需通過冷卻循環(huán)及時(shí)散熱，電機(jī)電控零部件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量若不及時(shí)散去會(huì)使其性能和壽命下降。

空調(diào)熱管理

電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)汽車乘員艙的熱管理，從而為司乘人員提供舒適的駕駛乘坐環(huán)境，進(jìn)而保障駕駛員的安全駕駛。
當(dāng)前電動(dòng)汽車主要采用的空調(diào)系統(tǒng)為壓縮式單冷空調(diào)和電加熱器的組合，這種空調(diào)系統(tǒng)技術(shù)成熟，與燃油車差別不大。目前主要使用的是PTC空調(diào)和熱泵空調(diào)。

集成式熱管理系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢(shì)

目前傳統(tǒng)車熱管理方案已經(jīng)較為成熟，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱進(jìn)行采暖。在電動(dòng)汽車發(fā)展的初期，各系統(tǒng)的熱管理功能獨(dú)立，純電動(dòng)汽車的空調(diào)系統(tǒng)工作所需能量均來自動(dòng)力電池，無法利用內(nèi)燃機(jī)余熱進(jìn)行乘員艙的加熱，主要依靠高壓 PTC 進(jìn)行供暖，在冬季環(huán)境中，會(huì)大量消耗電池電量，縮短續(xù)駛里程。這樣的分散式熱管理系統(tǒng)部件眾多，體積及質(zhì)量大，缺乏對(duì)整車熱量的統(tǒng)一管理，熱管理效率較低，系統(tǒng)成本高，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單。

在電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛和整車能耗的壓力下，隨著電動(dòng)汽車開發(fā)技術(shù)的進(jìn)化，具備更低熱管理能耗、更寬工作溫域、更低系統(tǒng)成本和更緊湊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一體化集成熱管理系統(tǒng)成為電動(dòng)汽車的大勢(shì)所趨。該設(shè)計(jì)對(duì)三大系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行統(tǒng)一的管理，從而大幅提高車輛整車的熱管理效率，采用更高效的熱泵空調(diào)代替PTC作為主要熱源，并采用電機(jī)余熱回收或電機(jī)發(fā)熱等作為補(bǔ)充熱源來拓展工作溫域。將各系統(tǒng)的加熱功能、冷卻功能集成化，而非分散式熱源。將冷卻管路、控制閥、水泵、膨脹壺等輔助系統(tǒng)部件集成使結(jié)構(gòu)更緊湊。與零散的系統(tǒng)相比可以顯著降低熱管理系統(tǒng)整體所占用的空間和重量。

集成式管理系統(tǒng)可大幅度降低能量損耗，直接提升續(xù)航里程，國(guó)外廠商已經(jīng)有6年的驗(yàn)證搭載周期，目前裝載率僅10%，產(chǎn)業(yè)升級(jí)趨勢(shì)明確。

助力集成式熱管理系統(tǒng)

新能源汽車熱管理系統(tǒng)核心零部件：換熱器 Chiller、電池冷卻板、電子膨脹閥、電子水泵、水暖 PTC、電動(dòng)壓縮機(jī)、冷凝器、風(fēng)扇、電子膨脹閥、蒸發(fā)器等。其中水泵是整套系統(tǒng)的心臟，驅(qū)動(dòng)液體在三個(gè)系統(tǒng)中流動(dòng)、交換能量。

圖2新能源車熱管理構(gòu)成

在這套系統(tǒng)中，水泵幾乎是一直在工作的，因其工作特性，需要工作壽命長(zhǎng)且兼顧效率高、噪音低、振動(dòng)小、質(zhì)量小等特點(diǎn)。使用FOC算法控制無刷電機(jī)，能滿足市場(chǎng)需求。在這套系統(tǒng)中，為確保各個(gè)系統(tǒng)的液體流通，需要三個(gè)水泵，分別負(fù)責(zé)每一路液體傳輸?shù)膭?dòng)力來源。對(duì)于水泵的驅(qū)動(dòng)和控制，早期方案是單個(gè)MCU驅(qū)動(dòng)一個(gè)水泵，各個(gè)水泵控制是獨(dú)立分開的，機(jī)車控制中心需要對(duì)三個(gè)MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，才能完成對(duì)水泵的有效控制，導(dǎo)致對(duì)整個(gè)熱管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理是十分復(fù)雜的，并且其后期OTA也是復(fù)雜的。

現(xiàn)在推出S32K3多電機(jī)控制方案，單個(gè)S32K3 MCU就可控制3個(gè)水泵，更方便對(duì)其進(jìn)行管理，后期OTA也更加簡(jiǎn)單，同時(shí)S32K3在安全方面的性能比S32K1更加可靠。

立功科技S32K3多電機(jī)控制方案

有效系統(tǒng)控制框圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)控制框圖

功能特性：

支持三個(gè)PMSM的無感FOC控制

單板設(shè)計(jì)，優(yōu)化的電流采樣、方便調(diào)試

支持3個(gè)PMSM的單、雙電阻FOC

PMSM的功率可達(dá)350W

FreeMASTER調(diào)試工具已適配三電機(jī)方案

支持多路閥門控制

支持多路步進(jìn)電機(jī)控制

支持多路有刷電機(jī)控制

只要用戶對(duì)新能源汽車還有電池續(xù)航、舒適度、電池快充等需求，集成式熱管理的重要性進(jìn)一步強(qiáng)化，是未來新能源汽車熱管理的關(guān)鍵趨勢(shì)。立功科技可提供多電機(jī)控制方案，助力集成式熱管理系統(tǒng)開發(fā)。

來源：立功科技

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審核編輯 黃宇