淺析新能源汽車上電動水泵的應用

2018-05-18 07:40:23婁鋒盧明陳恩輝

汽車實用技術 2018年7期

婁鋒，盧明，陳恩輝

（華晨汽車工程研究院新能源工程室，遼寧沈陽 110141）

前言

隨著2017年9月28日工信部正式發布了《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》，該辦法將針對在中國境內銷售乘用車的企業（含進口乘用車企業）的企業平均燃料消耗量（CAFC）及新能源乘用車生產（NEV 積分）情況進行積分考核。隨著雙積分政策的正式實施，加快發展節能與新能源汽車，是促進汽車產業轉型升級、推動綠色發展、培育新的經濟增長點的重要舉措。因此，新能源汽車已經正式成為世界各大主機廠的重點研發車型。

新能源汽車采用的驅動動力總成、動力電池、電動部件等與傳統汽車有本質區別，采用驅動電機代替內燃機。與此同時傳統汽車的發動機附件—水泵的工作方式也產生相應變化，新能源汽車的水泵采用電動水泵代替傳統的機械式水泵。本文針對電動水泵的在新能源汽車應用進行了闡述和分析，結合實例純電動車型進行選型匹配設計，并進行電動水泵有效控制了，提高了電動水泵的應用水平。

1 電動水泵工作原理

目前采用的電動水泵屬于離心式水泵，主要由直流電機和葉輪，泵體，泵蓋，擋水圈，泵軸等部件組成，如圖1所示。電動水泵工作時由直流電動機帶動葉輪旋轉，葉輪部分的冷卻液受到旋轉產生的離心力作用，被拋向葉輪外圍出口，而在葉輪中心產生低壓區，將冷卻液從入口吸入，進而使冷卻液在系統中產生循環流動。

圖1 電動水泵及其組成

電動水泵電機大部分廠家選用自感應電機，并且與控制器集成一體設計，采用脈沖寬度調制(PWM)或者LIN進行電機轉速的控制。

圖2 電動水泵組成的循環水路

2 新能源汽車上的應用

汽車熱管理技術是新能源汽車的核心技術之一，相比于傳統燃油汽車，因新增了大的發熱元件（動力電池，驅動電機，電機控制器，充電機等），新能源汽車冷卻性能就變得格外重要。目前，由電動水泵組成的循環水路，如圖2所示。電動水泵，現在主要應用于驅動電機、電動部件、動力電池等的循環冷卻作用；在冬季零下工況條件下，起到循環加熱循環水路的作用。

2.1 電動部件冷卻循環上的應用

2.1.1 低溫冷卻循環上的應用

為了保證新能源汽車各電動零部件的正常使用，要求入口的冷卻液溫度不高于65℃，因此由散熱器、電動水泵、電機控制器、驅動電機等串聯組成的冷卻循環回路為低溫冷卻循環回路（相對發動機冷卻回路）。電動水泵主要作用滿足驅動電機、電動部件等在車輛行駛的任何工況下都能滿足熱管理的技術需求；在新能源汽車上根據被冷卻的部件的不同，對電動水泵的需求也不同。一般乘用車對驅動電機及電動部件的冷卻用電動水泵的需求功率一般在150W以下，其可以使用12V直流電機驅動的電動水泵，并且可以使用那種取消動靜密封形式的水泵。其代表為通用Volt，如圖3 所示。

圖3 低溫冷卻循環上的應用

2.1.2 動力電池上的應用

隨著新能源汽車對續駛里程、輕量化的要求的不斷提升，越來越多的整車廠家都從采用風冷的動力電池，逐漸向液冷的動力電池趨勢發展，利用液體工質，通過水道間接或直接與發熱部件接觸，吸收熱量并帶到外部的散熱器；同時，通過風冷的方式給散熱器中的液體工質降溫，再將降溫后的液體工質送回發熱部件內部重新吸收熱量。這樣電動水泵又出現在動力電池的冷卻循環回路中，液冷是目前主流的冷卻方式，其代表為通用Volt，如圖4 所示。

圖4 動力電池冷卻循環上的應用

整個系統主要包括：電動水泵、換熱器、三通閥、PTC加熱器、膨脹水箱。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動水泵送入換熱器內，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。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。可以通過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。此種方案系統比較復雜，成本比較高。

另外，冬季零下工況下，乘客艙可以利用PTC加熱，然后進行乘客艙供暖。如圖5所示。