混合動力電動汽車整車熱管理控制器硬件需求分析

陳志鵬，楊俊偉，祁克光

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

隨著人們對生態環境保護意識的加強，大力實施節能減排、發展新能源成為國家可持續發展的重要途徑。2019年發布的《新能源汽車產業發展規劃 （2021-2035年）》（征求意見稿）中，提出發展新能源汽車是中國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路，是應對氣候變化、推動綠色發展的戰略舉措，同時意見稿中明確新能源汽車的技術路線包括純電動汽車、插電混合動力 （含增程式）汽車、燃料電池汽車［1］。另一方面，工信部《乘用車燃料消耗量限值》和《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》的制定，使各企業面對未來5階段的油耗指標壓力更為嚴峻，由于中國雙積分政策的實施，新能源乘用車節能技術對企業未來油耗目標的達成變得至關重要。所以新能源汽車技術的研發，對主機廠愈發迫切和重要，電動車和混合動力車型將是未來幾年的重要技術發展方向。

不論純電動汽車或混合動力汽車，整車熱管理控制都是整車控制系統的重要組成部分，在保證各零部件系統可靠安全的運行前提下，盡可能實現零部件在最優環境下運行，同時滿足整車對冷熱的性能要求以及實現整車能耗的最優控制。熱管理系統設計的復雜程度，將決定系統的可靠性、熱管理系統自身的成本以及關聯系統的成本。本文從混合動力汽車熱管理需求角度分析其對整車控制器硬件資源的需求，作為整車控制器硬件平臺選擇的資源需求維度，為企業進行控制器產品平臺開發提供參考。

1 典型的混合動力與純電熱管理系統結構

1.1 典型純電動汽車熱管理原理

如圖1所示，純電動汽車熱管理系統包括3個主要循環回路：電力和驅動回路熱管理、駕駛艙熱管理以及電池熱管理。電力驅動回路熱源包括車載充電機OBC（On Board Charger）、直流轉換單元DC-DC（Direct Current）、電機及其控制MCU（Motor Control Unit）。駕駛艙熱管理包括艙內制冷和采暖的要求。電池熱管理包括散熱器散熱和空調-Chiller冷卻［2］。

圖1 典型的純電動汽車熱管理原理圖

1.2 典型插電混合動力汽車熱管理原理

如圖2所示，插電混合動力汽車熱管理系統包括5個主要循環回路：發動機冷卻回路管理、變速器油冷回路管理、電力和驅動回路熱管理、駕駛艙熱管理以及電池熱管理。電力驅動回路熱源包括車載充電機OBC、直流轉換單元DC-DC、電機及其控制MCU。駕駛艙熱管理包括艙內制冷和采暖的要求。電池熱管理包括電池內循環和空調-Chiller冷卻［3］。

圖2 典型的插電混動汽車熱管理原理圖

2 熱管理控制實現

基于熱管理原理設計，結合各零部件的選型，確定控制系統的實現方案［4-5］。圖3為純電和混動熱管理控制實現方案示意圖。

1）電池內部溫度與出水口溫度由電池管理系統BMS通過CAN進行交互。

2）車載充電機OBC、直流控制單元DC-DC的溫度由各控制器通過CAN進行交互。

3）根據空調控制模塊CLM的配置，選擇壓力與溫度信號的采集方式。

4）根據空調壓縮機的類型，選擇通信方式。

5）根據電子水閥的類型，選擇相應的控制方式。

官員微博公信力的高低，在很大程度上取決于官員自身的形象。我國歷來具有重內容輕形式的傳統，怎么做比怎么說更為重要。“微博上的問題發生在現實，發酵在網絡”。[5]地方官員微博公信力的塑造，不能只靠微博上的言論，更在于日常生活中積累的良好形象。

圖3 純電和混動熱管理控制實現方案示意圖

6）根據風扇類型，選擇相應的控制方式。

7）根據選擇的三通閥和關閉閥，選擇控制方式。

8）發動機冷卻系統控制維持由發動機控制單元EMS控制，通過CAN進行交互，HCU將ECU的風扇控制需求綜合計算后進行風扇控制。

9）ECU控制發動機冷卻水泵和電子節溫器。

10）變速器油冷回路溫度信息由變速器控制單元TCU通過CAN進行交互。

3 硬件需求

根據熱管理控制實現和零部件選型信息，確定相應控制器硬件需求，包括資源的預留［6］。

1）壓力和溫度傳感器最大需求預留2路。

2）支持兩擋風扇和無極風扇控制，分別需求2路電壓輸出和1路PWM輸出。

3）電子水閥調節開度，支持1路H橋驅動，或者通過Lin通信由水閥控制器控制。

4）最大需求4路電壓輸出，以滿足三通閥和開關閥的控制需求。

5）雙路CAN通道通信以及Lin通信需求。

表1為傳感器與執行器硬件資源需求，表2為控制器硬件通信資源需求。

表1 傳感器與執行器硬件資源需求

表2 控制器硬件通信資源需求

插電混動汽車因為管理的系統更多更復雜，對控制器的執行器硬件需求響應增加了很多。考慮企業在零部件選型上有一定靈活性，整車控制器平臺化開發時，需要預留相應的硬件資源，比如風扇控制、通信模塊支持等。

4 結論

新能源控制器的平臺化開發是各主機廠減少開發周期和降低成本的有效手段。綜合考慮純電和混動熱管理的差異，部分企業分別開發獨立的純電和混動的控制器平臺，甚至有企業考慮將傳統內燃機的控制器硬件和新能源控制器兼容。隨著新能源汽車整車熱管理系統的需求愈發復雜，特別是執行器數量對控制器的需求增加，在進行熱管理系統開發時，需要綜合考慮系統方案的成本和技術平臺化。不論是已實現整車管理功能的新能源整車控制器，或是未來功能強大的域控制器等應用，子系統對上層控制器的硬件資源需求將大大增加，企業需要綜合考慮各個系統技術方案實施，同時合理分配控制器硬件資源，實現整體成本的最優。