IPETRONIK电动汽车热管理测试方案

相关政策

2020年5月12日，工业和信息化部组织制定的GB 18384-2020《电动汽车安全要求》、GB 38032-2020《电动客车安全要求》和GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》三项强制性国家标准由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布，将于2021年1月1日起开始实施。最新标准主要规定了电动汽车的电气安全和功能安全要求，增加了电池系统热事件报警信号要求，提升了热管理的重要性。

背景

热管理技术作为汽车节能、提高经济性和保障安全性的重要措施，在汽车研发过程中具有重要作用。传统燃油汽车的热管理系统主要包括发动机、变速器散热系统和汽车空调，而电动汽车的热管理系统在燃油汽车热管理架构的基础之上，又增加了电机电控热管理系统以及电池热管理系统，包括了电动汽车几乎所有的组成部分，复杂程度更高，因此成为车企开发的重点。

挑战

电动汽车相对于传统汽车热管理，增加了电池、电机及电子部件等热管理需求，意味着新能源的热管理策略更为复杂，要求更高：

•测试周期长

•动力电池对温度敏感

•测试工况复杂

•极限工况模拟给测试人员带来安全隐患，例如高温、高压。

•多个数据采集系统信号难以同步采集

•数据的深度挖掘与分析

风丘科技专注热管理领域，涵盖汽车空调及电动车电池热管理系统，累积多年专业经验，从台架设计开发到实车路试，为您提供多方位的测试方案。

热管理系统架构

从结构上看，新能源车的热管理系统涵盖了新能源汽车几乎所有的组成部分，主要范围包括动力电池、驱动电机、整车电控等。

热管理测试  

热管理系统主要包括：空调制冷系统、采暖系统、电机冷却系统和电池温度控制系统。

热管理测试主要测试各个回路间的管理策略：

•高低温回路热管理策略：低温放电加热控制策略；低温充电加热控制策略；高温放电冷却控制策略；高温充电冷却控制策略；电机高温冷却控制策略。

•空调系统与回路冷却协调策略。

•空调系统与回路加热协调策略。

解决方案 

空调系统 

空调系统不仅影响乘用车驾乘舒适性，而且也牵涉到安全性和能耗问题。采用传统空调系统的电动汽车通常采用PTC进行乘员舱加热，极大的缩减了电动汽车续驶里程。电动车热泵空调系统是在传统车用空调系统的基础上进行改进，实现热量由低温区向高温区的转移，具有能效比（COP）高的特点，减少电能消耗。

在乘员舱有制冷需求时，空调按照传统空调回路进行工作，空调冷媒先后流经空调压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器进行制冷；而在空调有制热需求时，空调冷媒回路先后流经空调压缩机进行压缩、车内换热器放热，然后经由电子膨胀阀进入车外换热器进行蒸发吸热，形成完整热泵循环。

测试方案

电机冷却系统

电机冷却系统跟发动机冷却系统相似，一般由电动水泵、散热器、冷却风扇、膨胀水壶和管路等部件组成。如果车内的电子功率件(电机控制器、DCDC等)的冷却方式与电机的相同，一般会把功率件也串联在此回路里面，根据各个零部件的温度特性进行排布。

测试方案

电池温度控制系统

动力电池的冷却模式主要分为风冷、液冷和直冷。风冷模式是利用自然风或者乘客舱内的制冷风流经电池的表面达到换热冷却的效果。液冷一般使用独立的冷却液管路用来加热或冷却动力电池，目前此种方式是冷却的主流。直冷系统则是省去了动力电池的冷却管路，直接使用制冷剂对动力电池进行冷却。 

水冷模式，即电池采用水冷方式换热。一般会增加一个换热器与制冷循环耦合起来，通过制冷剂将电池的热量带走。整个系统主要包括：电子水泵，换热器，电池散热板，PTC加热器、膨胀水箱。其结构如下图所示。

测试方案

方案优势： 

•支持电动车辆高压测试，防护等级IP 67/IP 54。

•以CAN网络为基础，一根CAN总线引出，直接连接即可采集数据。

•组合灵活方便，缩短开发时间并降低成本，提高设备使用效率。

•按照国标和客户的实际要求进行传感器布点测试。

•主流的道路试验设备，可使用在极端恶劣的环境，M系列产品工作-40~125℃。

•所有通道同步采集

•模块测量精度高，热电偶±0.035%，电压±0.15%，电流±0.5%，频率±0.01%

•抗冲击、抗振动，开发和生产阶段100%测试

•所有测量通道、总线和电源完全隔离

•传感器断路检测、供电短路保护

•车载供电9~36VDC

•模块化设计，可分布式或集中式安装，可扩展

•支持多种总线（CAN/CANFD、LIN、FlexRay、Ethernet等）和协议（OBD、UDS、DoIP、DBC、XCP/CCP等）。

产品

硬件

模拟量模块

•4/8通道可选

•可根据需求灵活组合测试通道数

•适用于模拟量数据测试

•搭配IPETRONIK隔离设备可进行高压环境下的模拟量测试

•测量范围：±10mV~±100V，±20mA

•各通道给传感器单独供电15V/± 15V

•各通道之间完全光电隔离

•工作电压完全适用于车载供电

•防护等级可达IP67

温度模块

•8/16通道K、T型热电偶测量模块

•单通道采样频率：可达20Hz/100Hz

•工作温度：-40℃到125℃

•测量范围：-60℃~1370℃

•车载供电：9~36VDC

•微型热电偶插头（DIN IEC 584）

•模块防护等级IP67

高压温度模块

•每个通道带有独立的高压安全连接器

•每个通道冷端补偿

•每个测量通道含状态指示灯

•测量数据输出到CAN

•电隔离，双极性，最高±846 VDC

•专为发动机舱应用而设计

•坚固耐用的紧凑型模块，适用于恶劣环境

频率模块

•4通道脉冲频率测量模块

•信号模式：

频率：0.03~200kHz

占空比:0.01%~99.99%

脉宽:1us/200s

事件计数器：重置功能模式（无重置、时间、溢出）

•回转方向检测（频率、事件计数器）

•单通道采样频率：可5kHz

•测量精度（25℃环境温度）：±0.01%

•可调的开/关阀值 

•车载供电：9~36VDC

•工作温度：-40℃到125℃

•每个输入独立传感器供电0~15V

•4个通道LED灯测量状态指示

•各通道之间屏蔽互不干扰

软件

测量软件-IPEmotion——配置、采集、存储

优点：

•数采模块测量的数据准确可靠

•保证制冷系统合理的制冷效率

•Climate插件可提供Log-ph图，可对制冷系统的整个过程进行直观分析。

使用Climate需要具备的条件：

•IPEmotion专业版软件 

•Climate安装包

•安装REFPROP（NIST ）软件

分析软件-FlexPro——显示、分析、报告