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混合動(dòng)力電動(dòng)汽車整車熱管理控制器硬件需求分析

2020-06-13 00:22:28·  來源：電動(dòng)學(xué)堂  
　
不論純電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車，整車熱管理控制都是整車控制系統(tǒng)的重要組成部分，在保證各零部件系統(tǒng)可靠安全的運(yùn)行前提下，盡可能實(shí)現(xiàn)零部件在最優(yōu)環(huán)境下運(yùn)行，
不論純電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車，整車熱管理控制都是整車控制系統(tǒng)的重要組成部分，在保證各零部件系統(tǒng)可靠安全的運(yùn)行前提下，盡可能實(shí)現(xiàn)零部件在最優(yōu)環(huán)境下運(yùn)行，同時(shí)滿足整車對(duì)冷熱的性能要求以及實(shí)現(xiàn)整車能耗的最優(yōu)控制。
熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，將決定系統(tǒng)的可靠性、熱管理系統(tǒng)自身的成本以及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的成本。本文從混合動(dòng)力汽車熱管理需求角度分析其對(duì)整車控制器硬件資源的需求，作為整車控制器硬件平臺(tái)選擇的資源需求維度，為企業(yè)進(jìn)行控制器產(chǎn)品平臺(tái)開發(fā)提供參考。
 
1 典型的混合動(dòng)力與純電熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整車熱管理控制是相對(duì)綜合和復(fù)雜的系統(tǒng)控制，開發(fā)工作包含從熱管理原理設(shè)計(jì)、控制方案實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)標(biāo)定優(yōu)化。熱管理原理設(shè)計(jì)以及控制方案實(shí)現(xiàn)，直接影響對(duì)整車控制器的硬件需求。
1.1 典型純電動(dòng)汽車熱管理原理
如圖1所示，純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)包括3個(gè)主要循環(huán)回路：電力和驅(qū)動(dòng)回路熱管理、駕駛艙熱管理以及電池?zé)峁芾怼?/div>
 
電力驅(qū)動(dòng)回路熱源包括車載充電機(jī)OBC （On Board Charger）、直流轉(zhuǎn)換單元DC-DC （Direct Current）、電機(jī)及其控制MCU（Motor Control Unit）。駕駛艙熱管理包括艙內(nèi)制冷和采暖的要求。電池?zé)峁芾戆ㄉ崞魃岷涂照{(diào)-Chiller冷卻。
1.2 典型插電混合動(dòng)力汽車熱管理原理
如圖2所示，插電混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)包括5個(gè)主要循環(huán)回路：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路管理、變速器油冷回路管理、電力和驅(qū)動(dòng)回路熱管理、駕駛艙熱管理以及電池?zé)峁芾怼ｋ娏︱?qū)動(dòng)回路熱源包括車載充電機(jī)OBC、直流轉(zhuǎn)換單元DC-DC、電機(jī)及其控制MCU。駕駛艙熱管理包括艙內(nèi)制冷和采暖的要求。電池?zé)峁芾戆姵貎?nèi)循環(huán)和空調(diào)-Chiller冷卻。
 
2 熱管理控制實(shí)現(xiàn)
基于熱管理原理設(shè)計(jì)，結(jié)合各零部件的選型，確定控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。圖3為純電和混動(dòng)熱管理控制實(shí)現(xiàn)方案示意圖。
 
1） 電池內(nèi)部溫度與出水口溫度由電池管理系統(tǒng)BMS通過CAN進(jìn)行交互。
2） 車載充電機(jī)OBC、直流控制單元DC-DC的溫度由各控制器通過CAN進(jìn)行交互。
3） 根據(jù)空調(diào)控制模塊CLM的配置，選擇壓力與溫度信號(hào)的采集方式。
4） 根據(jù)空調(diào)壓縮機(jī)的類型，選擇通信方式。
5） 根據(jù)電子水閥的類型，選擇相應(yīng)的控制方式。
6） 根據(jù)風(fēng)扇類型，選擇相應(yīng)的控制方式。
7） 根據(jù)選擇的三通閥和關(guān)閉閥，選擇控制方式。
8） 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)控制維持由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元EMS控制，通過CAN進(jìn)行交互，HCU將ECU的風(fēng)扇控制需求綜合計(jì)算后進(jìn)行風(fēng)扇控制。
9） ECU控制發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵和電子節(jié)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(jìn)行交互。
3 硬件需求
根據(jù)熱管理控制實(shí)現(xiàn)和零部件選型信息，確定相應(yīng)控制器硬件需求，包括資源的預(yù)留。
1） 壓力和溫度傳感器最大需求預(yù)留2路。
2） 支持兩擋風(fēng)扇和無極風(fēng)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(diào)節(jié)開度，支持1路H橋驅(qū)動(dòng)，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(guān)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(zhí)行器硬件資源需求，表2為控制器硬件
 
 
插電混動(dòng)汽車因?yàn)楣芾淼南到y(tǒng)更多更復(fù)雜，對(duì)控制器的執(zhí)行器硬件需求響應(yīng)增加了很多?？紤]企業(yè)在零部件選型上有一定靈活性，整車控制器平臺(tái)化開發(fā)時(shí)，需要預(yù)留相應(yīng)的硬件資源，比如風(fēng)扇控制、通信模塊支持等。
4 結(jié)論
新能源控制器的平臺(tái)化開發(fā)是各主機(jī)廠減少開發(fā)周期和降低成本的有效手段。綜合考慮純電和混動(dòng)熱管理的差異，部分企業(yè)分別開發(fā)獨(dú)立的純電和混動(dòng)的控制器平臺(tái)，甚至有企業(yè)考慮將傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)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(tǒng)的需求愈發(fā)復(fù)雜，特別是執(zhí)行器數(shù)量對(duì)控制器的需求增加，在進(jìn)行熱管理系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，需要綜合考慮系統(tǒng)方案的成本和技術(shù)平臺(tái)化。
不論是已實(shí)現(xiàn)整車管理功能的新能源整車控制器，或是未來功能強(qiáng)大的域控制器等應(yīng)用，子系統(tǒng)對(duì)上層控制器的硬件資源需求將大大增加，企業(yè)需要綜合考慮各個(gè)系統(tǒng)技術(shù)方案實(shí)施，同時(shí)合理分配控制器硬件資源，實(shí)現(xiàn)整體成本的最優(yōu)。
 
 
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