纯电动客车暖风系统分段制热

黄运进

摘要：暖风空调的性能会对新能源客车的舒适性、动力性和续航里程产生影响。为了管理锂电池冷却水、正温度系统和热敏加热器加热空调系统，本文针对这种情况设计了一种暖风分段制热设计了一种控制系统。通过分析新能源客车空调室的热负荷，创建客车空调系统数学模型，提高客车的舒适度。

关键词：新能源汽车；分段制热；多种制暖；分阶段制热

电池容量是影响新能源客车续航里程和动力性的因素之一，也是最重要的因素。现在的新能源客车的发动机和以往客车中的发动机不一样，以往的客车制热系统中使用电池为能量，这样电池能量消耗完之后，客车的续航历程也会受到影响。本篇文章结合人体的舒适度来评价新能源客车，设计出新型的客车暖风制热的控制系统。

一、车厢及制热系统

1.1 分阶制热系统

空调电子控制单元、光敏传感器、空调电源、控制面板以及空调温度传感器等都属于新能源客车空调制热控制系统的组成部分。如下图1所示。在下图中水冷电机的空调风机、锂电池水冷空调和PTC都是由电机一、电机二、电机三表示的，使用的加热器和加热器风机都是通过ECU进行控制的，此处使用的供电系统是高压电源。ECU控制系统内部有规定的温度、传感温度器等都属于工作内容，因此这些设备对车厢进行加热时可以实现不同的温度要求和制热系统之间的转化。

1.2 电池发热量

目前很多电池在使用时都是应用了其的风冷模式，这样做可以提高电池的使用寿命和电池工作能力，这样一来很多新能源客车中都开始使用这种电池水冷的方式制暖，而这种制暖方式也是空调室内热量来源之一。电池板水冷板模型如图1中（2）所示，使用的每组电池中都有导热垫，此处使用导热垫的目的是为了保证模组和水冷底部都能够完全接触，及时将水冷电池产生的热量带出去[2]。

 

        （1）电池包内部              （2）电池板水冷板模型

        图1电池水冷模型示意图

        1.3 驱动电机热量

        新能源客车中驱动电机都是使用水冷电机，水冷电池产生的能量成为了空调室暖风进行加热的主要来源。主要参数如表1。

表1 驱动电机参数

电机功率	100KW	最大转矩	1500Nm
额定电压	387	铁芯长度	510mm
额定电流	210A	定子外径	324mm
额定转速	1200r/min-1

        表1 驱动电机参数

        1.4 正温度系数热敏电阻加热

        正温度系数热敏电阻构成部分是鼓风机、加热电阻丝和电动泵。将防冻液加入到正温度系数热敏电阻中，系统内的温度会快速上升；温度上升之后，蒸汽会进入到蒸发器内，提高客车车厢温度。新能源客车内这个加热系统都是使用风动鼓动空气流和蒸发器进行对流，实现热量交换。

        2控制系统

        2.1 分段控制模式

        中国人能接受到热舒适度温度为22℃-27℃，根据客车吸收能量，将客车吸收热量分为四个阶段制暖的控制模式。其中最重要的是第一阶段，第一阶段时人体放热、太阳辐射热量制暖。这个阶段的制暖升温较小，只能让客车中的温度上升6℃左右，外部环境温度控制在18℃，这种环境下，客车是不需要开启其他制暖设备的。

        2.2 控制系统数学模型

        按照控制器结构建立起空调控制系统模型，如下图所示。

 

        图2控制系统方框图

        2.3 控制算法

        控制算法是一种新的计算方式，在该算法中将模糊控制作为主要研究主体，然后使用模糊神经元网络实现模糊控制的目的。新能源客车的控制目标参数为人体动态热感适应性温度指标，需要控制的主体是PTC加热器、PTC加热鼓风机以及电池水冷鼓风机，严格控制这些仪器的设备，建立让人体感到舒适的模糊控制系统，由此确定模糊神经网络算法控制规则。

        3分阶段制热空调试验

        分阶段制热空调试验是在襄樊国家试验中心进行的，试验客车是BJ6805，试验环境温度为-22℃，试验中太阳的辐射吸收热量和人体发热的能量都由外部燃油加热器代替，试验中的数据都是每隔5分钟记录一次，记录数据分别是驾驶员座位，第2排左边座位，第1排右边座位，第3排左边位置，第5排右边位置，详细将上面提到位置的温度记录下来。

图3车中各个位置温度变化

温度℃

30

 

20

 

10

 

0

                                                               时间min

         0       5      10       15     20    25    30

        试验数据所得，客车暖风空调在一定的时间内能够达到人体舒适度的温度，不仅能有较好的制暖效果，还能降低空调的耗量，对增加汽车的续航里程和其的动力性也有帮助。新能源客车温度上升到规定温度后，第1排座位处的温度开始逐渐下降，温度下降说明系统内的PTC和鼓风机都停止了工作，减少了电池能量的消耗。一系列试验证明，客车暖风空调在一定时间内可以达到人体舒适性温度范围内，制暖效果很好，同时还减少了能量的消耗，加大了汽车的动力性和续航里程，更重要的是满足了顾客对新能源客车的需求。

        4总结

        由上可得，确定控制目标后，创建空调控制系统的数学模型，然后使用新的算法去求解这个数学模型。实践可得，制热之后，温度有了明显的上升，尤其是出风口处，温度上升更加明显，温度到达指定温度，PTC停止加热，减少电池能量，此时进行水循环加热，这样反复操作，从而实现分段控制预期效果。

参考文献：

[1]彭庆丰，赵韩，陈祥吉，等.电动汽车新型热泵空调系统的设计与试验研究[J].汽车工程，2015，37（6）：1467-1470.

[2]谷正气，申红丽，杨振东，等.汽车空调风道改进及对乘员热舒适性影响分析 [J].重庆大学学报，2013（8）：91-96.