东北地区电动公交车智能热管理解决方案
来源:用户上传
作者:
摘 要：针对目前东北地区电动公交车使用中存在的问题，提出一种电动公交车智能热管理系统，详细阐述了系统的构成和工作原理。并将系统配备到实际车辆上，经实车试验证明，系统能够很好地兼顾电动公交车动力电池冬夏两季的使用需求，延长车辆的续航里程，并在冬季实现乘员舱的供暖，提高人员的乘坐舒适性。
关键词：电动公交车;热管理;电池舱;乘员舱
随着对车辆节能和环保的要求越来越高以及电动车辆的研究与开发，世界车辆工业发达国家十分重视车辆热管理技术的研究，将其作为车辆发展研究计划的主要研究内容之一。针对内燃机（包括柴油发动机和汽油发动机等）的热管理系统已经研究应用了多年，加工制造的规模很大，积累了丰富的实践经验，系统完善度很高。而对于电动汽车尤其是电动公交车热管理系统的研究才刚刚起步，还需要投入大量的人力、物力和財力，使其能够满足应用于不同地域的电动公交车的使用需求。
电动公交车的动力由车载动力电池放电提供，动力电池性能受到其工作温度制约。电池在高温环境下工作会使电池温度过高而导致热失控，严重时甚至会使电池发生爆炸，直接影响到乘坐人员的安全性;在低温环境下，由于电解液粘度增加，阻碍电荷载体的移动，影响电流产生，极端情况下，电解液甚至冻结，造成电池无法放电，使电动公交车无法启动，对乘坐人员造成极大影响。因此，为保证电池的正常输出功率、延长电池循环寿命，必须对电池进行热管理，维持电池的正常工作温度，提高全自然环境下电动公交车的整体性能[1]。同时应尽可能提高车辆的乘坐舒适性，吸引更多的人乘坐公共交通工具，为解决城市交通拥堵问题做出贡献。
1 目前存在的问题
我国东北地区幅员辽阔，气候上最大的特点是低温，具体表现为夏季凉爽，最高温度不高，冬季寒冷，最低温度极低。
东北地区的电动公交车面临着如下问题：
（1）夏季最高温度约30℃左右，加之电池工作过程发热，电池及周围环境温度过高导致电池工作状态不佳。冬季气温极低，可达-40℃，电池工作不良;电池组长期工作在比较恶劣的热环境中，将缩短电池的使用寿命，降低电池的各种性能。同时电池组的热监控和热管理对整车的安全运行也具有重大意义。
（2）在气温较低的冬季，乘员舱内温度较低，人员乘坐舒适性差。
2 解决方案
针对东北地区的气候特点和电动公交车在使用中面临的问题，提出了电动公交车智能热管理系统。该系统包括电池舱温度控制系统的和乘员舱供暖系统两部分，这两部分即相互独立又相辅相成，共同实现系统功能。
2.1 电池舱温度控制系统
动力电池作为电动公交车的主要储能部件，是车辆的关键部件，直接影响到车辆的性能。电池组热管理系统的研究与开发对现代电动车辆是必须的。
电池热管理包括电池冷却和电池加热。目前大部分热管理方案集中在对电池散热的研究中。对于行驶在东北地区的电动公交车来说，电池加热不容忽视，因此将电池的冷却和加热一并考虑，满足电池全季节工作的可靠性。
2.1.1 电池舱的加热
根据电动公交车动力电池工作特性，其最佳工作温度范围是25～40℃，在其周围环境温度低于10℃时，会导致其工作状态不良，进而影响动力输出和续航里程。解决方案是为电池舱配备液体加热系统，加热系统由水泵、储水箱、加热器、冷板式散热器、膨胀水箱及温度传感器、控制ECU等组成。水泵、储水箱、膨胀水箱等位于车体后部，冷板式散热器布置在电池舱上部狭小空间内，其间通过管路连接，冷却液经加热器加热后流过冷板式散热器，通过散热器放出热量对电池舱内加热，使得舱内温度升高，当检测到舱内温度高于40℃时，电池舱加热系统水泵停止工作。
2.1.2 电池舱的冷却
在夏季，电池舱内温度高于40℃时，需要对电池舱进行冷却。此时，系统内加热器不工作。电池舱内冷板式散热器吸收舱内的热量使冷却液温度升高，由于电池舱温度控制系统与乘员舱供暖系统共用储水箱，因此储水箱内冷却液在乘员舱供暖系统水泵的作用下即可进入乘员舱散热器，利用车厢内的环境空气（在东北，车厢内温度一般不高于30℃）对冷却液冷却，降温后的冷却液回到储水箱。在电池舱冷却系统水泵的作用下，冷却液再次进入电池舱冷板式散热器，吸收电池舱内的热量，如此形成循环，满足电池组的工作温度要求。
2.2 乘员舱供暖系统
东北地区冬季气温低，公交车作为公共交通工具，为乘坐人员提供舒适的乘坐体验是一项基本要求。乘员舱散热器布置在车厢内部两侧。长度空间分别为2500mm和3500mm，高度150mm，厚度30mm。乘员舱加热系统与电池舱温度控制系统共用储水箱，单独设置循环水路，以可变流量电控水泵为动力，驱动温度较高的冷却液流过乘员舱散热器，达到为乘员舱供暖的目的，提高冬季的乘坐舒适性。
夏季东北地区气温不高，乘员舱供暖系统作为电池舱冷却系统的一部分，同时承担着将热量散发至自然环境中的任务。
3 结论
按照电动公交车智能热管理系统方案完成系统内各部件的加工制造，安装到某辆电动公交车后后，进行高、低温两种极限工况的实车试验，结果表明，该系统能够很好地解决东北地区电动公交车冬夏两季面临的问题，满足电池舱的温度控制需求和乘员舱的供暖需求，提高车辆的续航里程[2]，为东北地区电动公交车的推广使用提供了一种解决方案。
参考文献：
[1]李忱.电动公交车蓄电池常见故障及检修方法[J].时代农机，2015（05）：46.
[2]陈岳川.电动公交车电池续航预测研究[J].城市公共交通，2017（08）：22.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14888704.htm
