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汽车热管理架构介绍与探索

前言:

世界是在改变的,汽车也不再是原来的传统发动机独步天下的时候了,出现了混合动力汽车、增程式汽车、纯电汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车、核能汽车等等,因为动力总成和车辆配置的不同,对汽车热管理的模式也是多种多样,希望我们不会拘泥于原来的热管理模式,可以进行多种热管理模式的开发与研究,那么,让我们打开智慧之眼,以天马星空的思维来研究我们的专业,或许你就是汽车界的乔布斯,汽车热管理将因你而改变。

一、不同动力形式热管理需求统括

  为什么要探索热管理呢?因为汽车热管理关乎车辆安全,同时也可以改善车辆零件及乘客的周围环境,确保零件耐久可靠高效运行,让乘客得到一个舒适的环境。

那么我们都知道哪些动力形式和热管理架构呢?我们先进行一下梳理,如下:

  上述动力形式并不是特别全面,未将甲醇燃料、天然气汽车、太阳能汽车等其他形式的动力配置加入,当然应该还有其他我不知道的动力形式,也不做过多的介绍,我们将以几种典型的动力形式做热管理逻辑介绍,其中仅包括对动力本身和乘员舱进行热管理介绍,不包括其他热源。

  二、不同动力形式的热管理需求逻辑介绍

    1、传统发动机热管理:发动机 乘员舱(图一)

图一

  原理介绍:发动机采用大小循环的冷却方式,并在发动机和散热增加排气口,以节温器来控制大小循环。小循环:发动机-水泵-节温器-发动机;大循环:发动机-水泵-节温器-散热器-发动机。当乘员舱需要制热的时候,调至暖风模式,鼓风机工作,风经过暖风水箱进行热交换,经风道进入乘员舱。当乘员舱需要制冷的时候,调制制冷模式,压缩机工作,路径为:压缩机-冷凝器-膨胀阀-蒸发器-气液分离器-压缩机,鼓风机吹风经过蒸发器,然后到乘员舱,进行降温。

2、带增压发动机和自动变速器的热管理:发动机 变速器 乘员舱(图二)

图二

    原理介绍:相对于图一,增加了中冷系统和变速器冷却,增压器出来的热气体经过中冷器冷却后流回发动机,增加进气量。变速器冷却一般可采取散热器出水口连接水泵到变速器内,然后流到发动机。

3、混动车增加电池包及电机回路散热:发动机 变速器 电池包 电机回路 乘员舱(图三)

图三

   原理介绍:相对于图二,该车型变速器采用单独油冷器的方式进行散热。电机回路另增加低温散热器回路进行散热,为单独回路,路径为:水泵-充电机-DC/DC-电控-电机-低温散热器-水泵。增加电池包制冷制热,从冷凝器出来的冷媒分流一部分经膨胀阀作用后到电池换热器吸热,与换热器内的冷却液进行热交换,冷却电池包,路径为:水泵-PTC(不作用)-电池包-Chiller-水泵。电池包需要加热的时候,采用PTC进行加热冷却液,冷却液流入电池包,从而使电池包升温,路径为:水泵-PTC-电池包-水泵。

  4、带余热回收的混动汽车:发动机 电机 电池包 乘员舱(图四)

图四

   原理介绍:该车型相对图三增加了电机回路余热加热发动机的路径,同时可以在纯电模式下进行乘员舱采暖。电机预热发动机路径为:水泵-充电机(集成逆变器)-电控-电机-低温散热器-发动机-电子节温器-水泵。当然我们可以将发动机放到低温散热器前面进行余热,需要将管路进行重新整理,在此不再进行详细介绍。

5、纯电动汽车热管理:电机回路 电池包 乘员舱(图五-MODEL X热管理,实际上MODEL X电机和电控为并联)

图五

  原理介绍:纯电车型乘员舱及电池包制冷回路与图四相似,而电池包及乘员舱加热则采用电机回路余热利用和PTC加热共存的方式来进行,同时该系统还区分电机回路大小循环。电机回路大循环:水泵-充电机(集成逆变器)-电控-电机-低温散热器-副水箱-水泵,两路电机回路并联,如图五;当小循环的时候则经三通电磁阀控制不经过低温散热器,直接进入副水箱。制热模式路径为:电机回路水泵-充电机(集成逆变器)-电控-电机-三通电磁阀-四通电磁阀-水泵-chiller-水泵-电池包-PTC-暖风水箱-四通电磁阀-副水箱-电机回路水泵,如图五。电池包制冷模式下通过四通电磁阀的控制进行循环:四通电磁阀-水泵-chiller-水泵-电池包-PTC-暖风水箱-四通电磁阀。

   6、纯电车带热泵模式:电机回路 电池 乘员舱(图六)

图六

  原理介绍:该车型采用电池包单独制冷制热的回路,路径为:水泵-PTC-电池包-副水箱-CHILLER-水泵,当制冷模式的时候,PTC不工作,压缩机工作后,从冷凝器出来的冷媒分流到chiller,冷却电池包回路冷却液,从而对电池包进行制冷;制热模式下无冷媒分流,PTC开始工作,热的冷却液流入电池包,进行加热。乘员舱制热采用热泵和PTC共存的方式,热泵模式为,冷媒回路:压缩机-板式换热器-膨胀阀-冷凝器(蒸发器)-两通电磁阀-气液分离器-压缩机;暖风回路:水泵-板式换热器-PTC-暖风水箱-水泵,当热泵供热不满足的时候PTC进行制热。

7、燃料电池热管理:燃料电堆 电机回路 电池包 乘员舱(图七)

图七

        原理介绍:该车型电池包制冷制热、电机回路与图六相似,增加了燃料电堆的了回路,同时还采用燃料电堆加热乘员舱的模式。简单电堆冷却:水泵-PTC-燃料电堆-三通电磁阀-散热器-三通-去离子器-水泵。当需要加热的时候,路径可为:水泵-PTC-燃料电堆-三通电磁阀-三通-暖风水箱-三通-去离子器-水泵,此时暖风回路水泵和PTC可同时工作。

  8、核电堆热管理猜想核电堆 电机回路 电池包 乘员舱(图八)

图八

       原理介绍:该车型电机冷却回路与其余电车一样,电池包制冷模式也一样,但是电池包制热为电堆余热加热,乘员舱也是电堆余热加热,但是存在电堆单独制冷的回路。电堆内部水路为:水泵-核电堆-汽轮机-冷凝器(热交换器)-水泵,外部冷却回路为:水泵-三通电磁阀-四通阀-散热器-冷凝器(热交换器)-水泵。当电池包需要加热的时候,路径为:水泵-三通电磁阀--三通电磁阀-四通电磁阀-电池回路水泵-电池包-副水箱-CHILLER-四通电磁阀-四通阀-散热器-冷凝器(热交换器)-水泵。乘员舱需要加热的时候,路径为:水泵-三通电磁阀--三通电磁阀-四通电磁阀-暖风回路水泵-暖风水箱-四通阀-散热器-冷凝器(热交换器)-水泵。此系统可满足电池包加热和乘员舱同时制热工况。

三、总结

  上述列举了常见的热管理架构,部分形式存在稍许差别未能一一列出,同时上述热管理架构并未能囊括所有的技术路线,对核能也只是一种猜想,虽然福特和凯迪拉克预言过核能汽车,但并未能投产,同时我们还有待考虑太阳能汽车的研发。目前还了解到包括电机堵转发热技术、电池内部材料吸热技术、电池包直冷技术等等,技术的发展日新月异,我们需要以工匠精神去专研,希望我们能探索出更优质的技术,造出物美价廉的产品。

太阳能车顶

核能汽车反应堆

核能汽车图

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