比亞迪海豚的熱泵和熱管理系統(tǒng)

在熱管理領(lǐng)域，目前比亞迪在海豚E3.0上做了嘗試，做了集成的熱泵技術(shù)；在刀片電池上面，也是和PHEV電池一樣，采用了直冷直熱技術(shù)（刀片電池上覆蓋直冷直熱板），以冷媒取代了傳統(tǒng)的冷卻液，直接對(duì)電池進(jìn)行冷和加熱（預(yù)留薄膜加熱）。

從設(shè)計(jì)思路上，這套熱管理系統(tǒng)類(lèi)似特斯拉集成化的閥島方案，對(duì)冷媒回路大規(guī)模集成，閥島結(jié)構(gòu)把制冷劑回路大部分控制組件進(jìn)行了集成，分成了電動(dòng)壓縮機(jī)、前端模塊、熱管理集成模塊和車(chē)內(nèi)冷凝器和蒸發(fā)器三大塊，通過(guò)和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行軟件控制。

備注：這個(gè)電池的尺寸是比較大的。

▲圖1.比亞迪海豚熱管理系統(tǒng)的概覽

Part 1、整車(chē)熱管理系統(tǒng)組成

從組成上看，這套系統(tǒng)主要包括電池直冷制冷（內(nèi)部直冷板）、電驅(qū)動(dòng)散熱（電機(jī)散熱器），所以整套系統(tǒng)圍繞制冷劑系統(tǒng)、冷卻液系統(tǒng)和冷卻液回路排氣管。

▲圖2.整車(chē)熱管理系統(tǒng)零部件框圖

制冷劑架構(gòu)復(fù)雜，電池直冷、直熱，系統(tǒng)中有6個(gè)電磁閥和3個(gè)電子膨脹閥。如下圖所示，這個(gè)集成的閥體主要包括電池加熱、電池冷卻、空氣換熱、水源換熱、空調(diào)采暖、空調(diào)制冷，膨脹閥為7-9。

▲圖3.熱管理集成模塊，把各種電磁閥都集成在一起了

Part 2、熱管理系統(tǒng)工作模式 

●空調(diào)采暖

采暖電子膨脹閥開(kāi)啟工作，空調(diào)采暖電磁閥打開(kāi)，包含低溫行駛和怠速工況。乘員艙有采暖需求，熱泵空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟電動(dòng)壓縮機(jī)，吸收高壓系統(tǒng)余熱進(jìn)行冷媒直接采暖，可開(kāi)啟HVAC總成的PTC風(fēng)加熱器。

▲圖4.熱泵采暖工作原理圖

●電池加熱

電池是很重要的一部分，比亞迪采用的是熱泵空調(diào)壓縮機(jī)及高壓系統(tǒng)發(fā)熱對(duì)電池包進(jìn)行冷媒直接加熱，在低溫行駛和怠速兩種工況。

▲圖5.電池加熱工作原理圖

●熱泵系統(tǒng)空調(diào)采暖及電池加熱

同時(shí)需要給乘員艙采暖和電池加熱，熱泵空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)啟電動(dòng)壓縮機(jī)，吸收高壓系統(tǒng)余熱進(jìn)行冷媒直接采暖和電池加熱，必要時(shí)可以開(kāi)啟HVAC總成的PTC風(fēng)加熱器。

備注：電池電子膨脹閥和采暖電子膨脹閥開(kāi)啟工作，電池加熱電磁閥和空調(diào)采暖電磁閥打開(kāi)。

▲圖6.熱泵采暖及電池加熱同開(kāi)工作原理

●電池冷卻（快充工況）

大功率充電，為使電池處于最佳的充電工作狀態(tài)，防止充電時(shí)電池溫度過(guò)高，限制其充電功率，利用熱泵空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電池包進(jìn)行冷媒直接冷卻。

備注：電池電子膨脹閥開(kāi)啟工作，電池冷卻電磁閥和空調(diào)制冷電磁閥打開(kāi)。

▲圖7.電池冷卻工作原理圖

●空調(diào)制冷和電池冷卻（充電、怠速和行駛工況）

同時(shí)有乘員艙制冷及電池冷卻需求，為保證乘員艙制冷及電池包的充電工作狀態(tài)，防止充電時(shí)電池溫度過(guò)高，限制其充電功率，利用熱泵空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電池包及成員艙進(jìn)行冷媒直接冷卻。

備注：電池電子膨脹閥和制冷電子膨脹閥開(kāi)啟工作，電池冷卻電磁閥和空調(diào)制冷電磁閥打開(kāi)。

▲圖8.空調(diào)制冷及電池冷卻同開(kāi)工作原理圖 

●空調(diào)加熱+電池冷卻（充電和行駛工況）

同時(shí)有乘員艙制冷及電池冷卻需求，為保證乘員艙制冷及電池包的充電工作狀態(tài)，防止充電時(shí)電池溫度過(guò)高，限制其充電功率，利用熱泵空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電池包及成員艙進(jìn)行冷媒直接冷卻。

備注：電池電子膨脹閥開(kāi)啟工作，采暖電磁閥和電池冷卻電磁閥打開(kāi)。

▲圖9.空調(diào)采暖、電池冷卻工作原理圖

小結(jié)：

總體來(lái)看，這一波熱泵集成化，主要把需求軟件化，在不同A0-B平臺(tái)上不同的制冷需求，特別是電池不一樣，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不一樣，乘客艙采暖和制冷需求量不一樣，要把這套系統(tǒng)玩得轉(zhuǎn)需要大量的軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試。