与传统燃油车相比，电动汽车除了需要满足空调热管理和驱动电机的热管理需求之外，对电池包也需要进行严格的热管理控制。电池包作为电动汽车上装载电池组的主要储能装置，是混动/电动汽车的关键部件，其性能直接影响混动/电动汽车的性能。目前电池普遍存在比能量和比功率低、循环寿命短、使用性能受温度影响大等缺点。基于以上问题，文章提出一种热管理系统，其可在3 种回路下进行切换，以适应新能源汽车不同的工况。

1 目前新能源汽车热管理系统存在的问题

由于车内空间有限，电池工作中产生的热量累积，会造成各处温度不均匀从而影响电池单体的一致性，进而降低电池充放电循环效率，影响电池的功率和能量发挥，严重时还将导致热失控，影响系统的安全性与可靠性。而低温下，电池的充电性能和放电功率都会大幅度降低，严重时无法正常进行充放电工作。所以为了使电池组发挥最佳的性能，新能源车必须对电池进行热管理，将电池包温度控制在合理的范围内。

目前大部分热管理系统为开环控制，即没有压力、流量、温度传感器对具体工作状况进行实时反馈，无法有效管理系统根据实际工作状态进行实时控制；在汽车运行中，由于驱动电机和控制器产生的热量没有得到充分利用，不但造成能量浪费，而且不利于节能环保。

2 热管理系统方案

2.1 系统组成

文章的新能源汽车热管理系统包括暖风空调子系统、驱动与电控总成子系统和电池包子系统，如图1 所示，三者由汽车整车控制器（VCU）进行控制。电池包子系统、驱动与电控总成子系统通过三通水阀1 相连接；电池包子系统、暖风空调子系统通过三通水阀2 与三通水阀3 相连接。

图1 新能源汽车热管理系统结构布局图

暖风空调子系统包括电子水泵2、压力传感器3、压力传感器4、流量传感器2、水温传感器2、PTC 加热器、三通水阀3、蒸发器、三通水阀2、膨胀水壶；电池包子系统包括电子水泵2、压力传感器3、压力传感器4、流量传感器2、水温传感器2、PTC 加热器、三通水阀3、电池包、三通水阀2、膨胀水壶；驱动与电控总成子系统包括电子水泵1、压力传感器1、压力传感器2、流量传感器1、水温传感器1、OBC＆DC/DC＆PEU 三合一控制器、驱动电机、三通水阀1、膨胀水壶、散热器。

PTC 加热器为正温度系数电阻丝。

2.2 各子系统的循环回路

该热管理系统各子系统的循环回路如下：

1）暖风空调子系统，加热模式的冷却液循环回路为：膨胀水壶→压力传感器3→电子水泵2→压力传感器4→流量传感器2→水温传感器2→PTC 加热器→三通水阀3→蒸发器→三通水阀2→膨胀水壶。

2）驱动与电控总成子系统，散热模式的冷却液循环回路1 为：膨胀水壶→散热器→压力传感器1→电子水泵1→压力传感器2→流量传感器1→水温传感器1→OBC＆DC/DC＆PEU 三合一控制器→驱动电机→三通水阀1→膨胀水壶。

3）驱动与电控总成子系统、电池包子系统相连接的回路，利用OBC＆DC/DC＆PEU 三合一控制器、驱动电机运行时所产生的热量，给电池包加热模式的冷却液循环回路2 为：膨胀水壶→散热器→压力传感器1→电子水泵1→压力传感器2→流量传感器1→水温传感器1→OBC＆DC/DC＆PEU 三合一控制器→驱动电机→三通水阀1→电池包→膨胀水壶。

4）暖风空调子系统、电池包子系统相连接的回路，利用PTC 加热器给电池包加热模式的冷却液循环回路为：膨胀水壶→压力传感器3→电子水泵2→压力传感器4→流量传感器2→水温传感器2→PTC 加热器→三通水阀3→电池包→三通水阀2→膨胀水壶；暖风空调子系统中，PTC 加热器将冷却液加热后，经由蒸发器安装的风扇，将热量吹入车舱内，实现车内取暖；电池包子系统中，PTC 加热器将冷却液加热后，热量经过电池包内部，实现电池包的加热。

2.3 各子系统的工作方式

驱动与电控总成子系统设有压力传感器1、压力传感器2、流量传感器1、水温传感器1。通过计算压力传感器1、压力传感器2 测量的压力，可得知电子水泵1工作时的扬程，即回路的系统压力；流量传感器1 可测量电子水泵1 工作时的流量，即回路的冷却液流量；水温传感器1 可测量回路的冷却液温度，从而实时控制电子水泵1 的工作状态，当测量到冷却液温度较低时，整车VCU 发出控制信号，降低电子水泵1 的转速，系统压力、流量同步降低，反之则提高电子水泵1 的转速，系统压力、流量同步提高。

暖风空调子系统和电池包子系统设有压力传感器3、压力传感器4、流量传感器2、水温传感器2。通过计算压力传感器3、压力传感器4 测量的压力，可得知电子水泵2 工作时的扬程，即回路的系统压力；流量传感器2 可测量电子水泵2 工作时的流量，即回路的冷却液流量；水温传感器2 可测量回路的冷却液温度，从而实时控制电子水泵2 的工作状态，当测量冷却液温度较低时，整车VCU 发出控制信号，降低电子水泵2的转速，系统压力、流量同步降低，反之则提高电子水泵2 的转速，系统压力、流量同步提高。

2.4 传感器选型参数

系统中各传感器的选型参数如下。

压力传感器1、3 的量程为-100～100 kPa，压力传感器2、4 的量程为0～200 kPa，精度为0.5%F.S.，工作电压（DC）为5～24 V，输出信号（DC）为1～5 V。

流量传感器1、2 的量程为0～100 L/min，精度为±1%，最低额定电压（DC）为4.5 V，供电（DC）范围为5～24 V，负载能力≤10 mA（DC 5 V），最大工作电流为15 mA（DC 5 V）。

温度传感器1、2 的型号为Pt100，类型为NTC 热敏电阻，采用三线制接法接入温控仪，实现水温的测量。

电子水泵的功率范围为：10～1 500 W。

3 新能源热管理系统的测试

根据上述方案，搭建并调试了新能源汽车的热管理系统，如图2 所示。以某型号的电子水泵为对象，测试了其在不同流量下的额定电流、额定电压和进出口压力，并通过程序计算处理得出额定功率、扬程和效率值。通过曲线拟合后，获得电子水泵的性能曲线，如图3所示，完成电子水泵的基本性能测试。

图2 新能源汽车热管理系统的局部图

图3 新能源汽车热管理系统电子水泵的性能曲线

在图3a 中可以看到，电子水泵的扬程（压差）随着流量的增加而减小，流量越大，扬程越小，在流量为0～20 L/min 时，扬程较为稳定；在图3b 中可以看出，泵的驱动功率随流量的增加而增加，从曲线趋势可知，当流量为0 时，功率最低；在图3c 中可以看到，随着电子水泵流量的增加，泵效率值增加到最大值，并且在一定流量范围内（流量值在18～32 L/min）变化较小，之后随着电子水泵的流量逐步增加，水泵效率逐步降低。

4 结论

文章介绍的热管理系统为闭环控制，具有实时反馈和实时控制功能，能够综合管理，优化控制，充分利用发热部件的余热进行温度管理，从而有效降低电池能耗，达到舒适、节能的效果。该热管理系统可在3 种回路下进行切换，以适应新能源汽车不同的工况。此外，在汽车热管理应用中，还可以实现诸如控制泵的启动/停止、流量控制、压力控制、功率控制、防干运转保护，以及电压过压、欠压、过流、过载和启动故障保护等功能。泵的工作状态可以由外部信号控制。电子水泵具有结构紧凑、使用方便、功能强大、使用寿命长、性能稳定、噪声低、能耗低、效率高等优点，被广泛应用于汽车热管理系统中，已成为一种后续发展趋势。