摘要：随着国家的发展越来越好，促进汽车行业的不断进步。热管理从系统集成和整体的角度出发，对发动机与车辆之间的热量进行整体规划，利用综合手段对传热系统进行控制和优化。它可以自动调节冷却强度根据驾驶条件和环境条件,确保冷却对象在最佳的温度范围内工作,以优化环境车辆的性能和节能效果,并改善混合动力汽车的操作安全性和驾驶舒适性。
关键词：混动整车；热管理系统；开发
引言
燃油车的巨大保有量给化石资源和大气环境带来了很大压力。随着排放标准的日益严苛，更加绿色清洁、零排放的混动整车正越来越引起人们的重视。混动整车通常采用高功率密度电机，各种电子电器和电池在运行过程中发热量较高，而车厢的安装空间狭小，恶劣复杂的工况也加剧了散热的困难性。混动整车出现冒烟和起火事故屡见不鲜，对混动整车的热管理系统进行合理设计至关重要。
1发动机热管理系统
发动机热管理系统将发动机内部所有的传热系统视为一个大的综合系统，以获得发动机各热流系统的准确边界参数。在发动机热管理系统不仅要考虑存在的众多热流系统引擎,如冷却系统、润滑系统、进气和排气系统,但也有一些其他混合动力汽车热流系统如空调系统,管道系统,等等,因为和引擎必须考虑热流密切相关。为了使发动机正常有效地工作，对所有这些流动系统的流体温度都有特定的要求。这些系统是环境空气的热源，所以环境空气的流动决定了它们的传热效果。除了环境温度的影响外，各热流系统之间还存在着直接或间接的传热关系。适当的热管理系统可以改善发动机的工作环境，提高发动机的使用寿命，降低发动机的燃油消耗，改善发动机的排放。
1.1冷却系统
冷却系统与上述的每个系统几乎都有关系，它是整个热管理系统的核心部分。冷却系统(图1)一般由发动机冷却水套、节温器、散热器、风扇、水泵以及水管组成，冷却液从发动机吸收热量然后通过散热器将热量传到大气中。
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图1发动机冷却系统
冷却液从发动机中吸热量过大将会造成发动机有效功率降低，从而增大单位功率的燃油消耗率。另外，冷却液从发动机中吸热量过大会造成燃烧室的壁面温度过低，这对发动机的燃烧也是极为不利的，对汽油机来说，燃烧室壁温太低不利于着火，会造成排放中CO和CH含量增高，对柴油机来说则会引起工作粗暴[5]。冷却液从发动机中吸热量过小也同样存在问题。因为发动机燃烧室的金属材料都有一个温度的承受范围，特别是对于运动副来说，过高的温度（对于铸铁来说，温度大概在400℃～500℃，对于铸铝合金来说大约300℃～400℃）会降低金属的强度，从而导致运动副拉伤，甚至损坏。冷却液在冷却系统中的温差也不宜过大，以免在冷却液温度偏高时冷却腔的某些部位发生过渡沸腾，甚至膜态沸腾，从而造成发动机散热率降低而引发过热。因此根据发动机的运行情况适当的调节冷却液的温度是很有必要的，在发动机中水泵的转速和发动机的转速成正比关系，难以改变。水温的调节主要是通过节温器和散热器来调节的。节温器通过水流的温度自动调节大、小循环的分水量。散热器主要是通过控制流过散热器的空气流速来决定散热器的散热量，空气流速的调节是通过散热器风扇来实现的。另外，在发动机中常常需要用一部分分流来实现某一部分的特殊冷却或加热需要。
1.2润滑系统
润滑系统（图2）的作用是为各运动部件提供润滑油并为某些冷却液难以到达的地方提供冷却。润滑油通过机油泵从油底壳中吸油，并将它送到各个旋转部件摩擦处，机油从轴承端部流出并最终流回油底壳中。
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图2发动机润滑系统
造成机油的温度升高的原因有两个：一个是发动机燃烧放出的热量有一部分传给了机油，该部分传热发生的主要区域是缸套下端、活塞底部和裙部；另一个是各个摩擦副的摩擦生热大部分传给了机油。该部分发生的主要区域是发动机各轴系。机油的放热热源也有两部分，冷却液和环境空气。在混动整车上除了发动机中的润滑系统外，自动变速器也会有自己独立的润滑系统。缸壁和活塞环之间有润滑油，为了保证润滑油的润滑效果，这一部分的气缸壁温度一般要求小于180℃。这些温度值都需要通过冷却液冷却来保持。
1.3 进排气系统热管理
在热管理中主要关注的进排气系统（图3）部件是：空滤、涡轮增压器、中冷器、进气管、排气管。适当的进气温度对发动机组织燃烧以及发动机的排放都是有利的，进入空气滤清器的大气首先来自热交换器附近环境中，如果发动机有涡轮增压装置，那么从增压器中出来的空气要在中冷器中进行水冷或风冷。冷却效果与冷却液流量、温度或环境空气有关。
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图3增压发动机进气系统
另外，如果有EGR设备，从排气管出来的废气一般要经过中冷装置再返回缸内。空气通过进气管进入气缸内，在气缸内推动活塞做功以后通过排气管和三元催化器排到大气中。进气管、排气管和三元催化器都会与环境空气进行换热。
2车厢热管理系统
为了保证混动整车车厢的舒适度，混动整车上装有空调、水暖系统。它们是各自独立的两套系统，但在车厢内部共用一套鼓风装置。空调系统（图4）在车外的部分主要由压缩泵、冷凝器和一些管道组成。冷凝器一般装在混动整车的最前端，它会加热流经自己的空气，从而影响了散热器冷却空气的入口温度。对于水暖系统来说，如果水暖系统开启，将会有一部分冷却液从发动机冷却液出口端通过车厢内的暖风系统直接流到发动机冷却液进口端而不经过散热器。这部分冷却液将热量带到车厢内，这也改变了冷却液的散热途径从而对冷却系统产生响。混动整车空调系统根据压缩机的带动形式分为独立式和非独立式两种。一般轿车压缩机由混动整车发动机通过皮带带动，是非独立式空调。压缩机的转速和发动机的转速成比例，是不可调的。冷凝器的风速由混动整车速度和风扇转速决定，而风扇转速主要是保证散热器的温度，所以对空调来说，冷凝器的风速在某一工况下是确定的。空调的制冷量主要通过膨胀阀调节和车厢内风量调节来实现的。
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图4空调系统
3发动机舱热管理及热害
发动机的各个散热部件都要向环境放热，放热的主要区域为发动机舱及排气管区域。放热效率和环境温度以及气流速度紧密相关。而对于各个部件来说它们周围的环境各不相同。这种不相同有两方面原因造成，一种是为了加强某一个部件的换热率而人为的引入一些设备从而改变了气流量，如为了加强散热器散热而安装风扇。另外则是由于混动整车结构本身原因造成周围气流的改变，比如因为混动整车车厢和发动机舱中间隔热板的存在从而造成混动整车车厢前底部的空气流速比较大。同时，发动机舱部件分布在各个地方，它们周围的气流情况各不相同，工作的温度也各不相同。为了保证混动整车生命周期内，非金属部件、油液的寿命和可靠性，在各种极限、恶劣工况时的零部件热害必须要经过验证确认。
4动力电池热管理
4.1动力电池冷却系统
对于混动车型，既需要兼顾发动机冷却系统的高温散热要求，也需要把控电机、电池冷却的需求，其中电池冷却针对目前较多的三元电池显得尤为重要，主要动力电池的散热方式有自然风冷、强制风冷、水冷、冷媒直冷以及相变冷却，其中风冷的成本低但换系数差，水冷原理简单，均温性好但系统发杂成本高，直冷系统成本适中，换热系数高但控制困难，均温性差，相变冷却则还处于研发阶段，动力电池的散热对于其寿命可靠性至关重要；针对于充放电大功率的场景，合理应用冷却系统在提高电池循环寿命的同时保证其热安全。
4.2动力电池的热失控
热失控发生前一段时间温度信号有一些较明显特征，但也不一定能确认出现这些特征就一定会发生热失控。温度相关的条件包括：（1）某个温度值大于或等于一定值（推荐温度值 60℃）并且持续一定时间（推荐时间 3 秒）。（2）最高温度值在一定时间内（推荐时间 5 秒）的温升大于或等于一定值（推荐 2℃）。只要出现三个条件中的任何一个条件就应该引起注意，有可能会发生热失控。相应的处理上仅做低级预警提示、数据的记录及上报给上一级控制单元，不做其他任何实质性措施。另外该预警的一个重要作用是通过车载终端上报大数据监控中心，通过人工分析热失控的可能性有多大，从而采取进一步措施根据实验数据分析，在热失控发生的时刻，如果 BMS的所有测量值均有效，则可以检测到的故障子条件包括：温度过高，温升过快，电压过低，压降过快，气压波动。这些信号又分为温度类，电压类，气压类，如果出现任意两类条件同时满足，则可判断发生热事件。条件①——温度过高置位条件：如果有某个温度值大于 60℃并且持续一定时间（推荐时间 3 秒）。清除条件：该温度值小于一定值（推荐温度值 60℃）持续一定时间（推荐时间 10 分钟）。条件②——温升过快 2 级置位条件：最高温度值在一定时间（推荐 1 秒）内的温升大于或等于一定值（推荐 5℃）。清除条件：一定时间内（推荐 5 秒）没有新的置位条件则故障清除。条件③——电压过低置位条件：某个电压值在小于等于一定值（推荐 2V）并且维持一定时间（推荐 2 秒）。清除条件：该电压值大于一定值（推荐 2V）并且维持一定时间（推荐 2 秒）。条件④——压降过快置位条件：最低电压在一定时间（推荐 2 秒）之内下降一定值（推荐 1V）。清除条件：每隔一定时间（推荐 2 秒）重新判断。条件⑤——气压波动置位条件：两个气压传感器测量值在 5 秒时间间隔内都出现过气压大于 120KPa 的情况。清除条件：信号维持一定时间（推荐 5 秒）后无置位条件则故障清除。
结语
随着产销量持续增长，混动整车具有良好的发展前景。采用不同的方法关联配合混动整车上的热管理系统，合理进行热管理系统的设计可以在减重降本的基础上，保证整车的使用可靠性和乘坐舒适性，并提高能量的利用效率，增加车辆的续航里程。自主品牌主机厂近年来在热管理系统创新设计方面体现出了良好的技术实力。
参考文献
[1]方财义,汪韩送,罗高乔,etal.纯混动整车热管理系统的研究[J].电子设计工程,2019,22(04):137-139.
[2]李翠萍,管正伟,丁秀翠,etal.混动整车用电机冷却系统设计及发展综述[J].微特电机,2019(1).
[3] 张新强, 洪思慧, 汪双凤. 增设通风孔的风冷式锂离子电池热管理系统数值研究[J]. 新能源进展, 2019, 3(6): 422-428.