東北地區電動公交車智能熱管理解決方案
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摘 要：針對目前東北地區電動公交車使用中存在的問題，提出一種電動公交車智能熱管理系統，詳細闡述了系統的構成和工作原理。并將系統配備到實際車輛上，經實車試驗證明，系統能夠很好地兼顧電動公交車動力電池冬夏兩季的使用需求，延長車輛的續航里程，并在冬季實現乘員艙的供暖，提高人員的乘坐舒適性。
關鍵詞：電動公交車;熱管理;電池艙;乘員艙
隨著對車輛節能和環保的要求越來越高以及電動車輛的研究與開發，世界車輛工業發達國家十分重視車輛熱管理技術的研究，將其作為車輛發展研究計劃的主要研究內容之一。針對內燃機（包括柴油發動機和汽油發動機等）的熱管理系統已經研究應用了多年，加工制造的規模很大，積累了豐富的實踐經驗，系統完善度很高。而對于電動汽車尤其是電動公交車熱管理系統的研究才剛剛起步，還需要投入大量的人力、物力和財力，使其能夠滿足應用于不同地域的電動公交車的使用需求。
電動公交車的動力由車載動力電池放電提供，動力電池性能受到其工作溫度制約。電池在高溫環境下工作會使電池溫度過高而導致熱失控，嚴重時甚至會使電池發生爆炸，直接影響到乘坐人員的安全性;在低溫環境下，由于電解液粘度增加，阻礙電荷載體的移動，影響電流產生，極端情況下，電解液甚至凍結，造成電池無法放電，使電動公交車無法啟動，對乘坐人員造成極大影響。因此，為保證電池的正常輸出功率、延長電池循環壽命，必須對電池進行熱管理，維持電池的正常工作溫度，提高全自然環境下電動公交車的整體性能[1]。同時應盡可能提高車輛的乘坐舒適性，吸引更多的人乘坐公共交通工具，為解決城市交通擁堵問題做出貢獻。
1 目前存在的問題
我國東北地區幅員遼闊，氣候上最大的特點是低溫，具體表現為夏季涼爽，最高溫度不高，冬季寒冷，最低溫度極低。
東北地區的電動公交車面臨著如下問題：
（1）夏季最高溫度約30℃左右，加之電池工作過程發熱，電池及周圍環境溫度過高導致電池工作狀態不佳。冬季氣溫極低，可達-40℃，電池工作不良;電池組長期工作在比較惡劣的熱環境中，將縮短電池的使用壽命，降低電池的各種性能。同時電池組的熱監控和熱管理對整車的安全運行也具有重大意義。
（2）在氣溫較低的冬季，乘員艙內溫度較低，人員乘坐舒適性差。
2 解決方案
針對東北地區的氣候特點和電動公交車在使用中面臨的問題，提出了電動公交車智能熱管理系統。該系統包括電池艙溫度控制系統的和乘員艙供暖系統兩部分，這兩部分即相互獨立又相輔相成，共同實現系統功能。
2.1 電池艙溫度控制系統
動力電池作為電動公交車的主要儲能部件，是車輛的關鍵部件，直接影響到車輛的性能。電池組熱管理系統的研究與開發對現代電動車輛是必須的。
電池熱管理包括電池冷卻和電池加熱。目前大部分熱管理方案集中在對電池散熱的研究中。對于行駛在東北地區的電動公交車來說，電池加熱不容忽視，因此將電池的冷卻和加熱一并考慮，滿足電池全季節工作的可靠性。
2.1.1 電池艙的加熱
根據電動公交車動力電池工作特性，其最佳工作溫度范圍是25～40℃，在其周圍環境溫度低于10℃時，會導致其工作狀態不良，進而影響動力輸出和續航里程。解決方案是為電池艙配備液體加熱系統，加熱系統由水泵、儲水箱、加熱器、冷板式散熱器、膨脹水箱及溫度傳感器、控制ECU等組成。水泵、儲水箱、膨脹水箱等位于車體后部，冷板式散熱器布置在電池艙上部狹小空間內，其間通過管路連接，冷卻液經加熱器加熱后流過冷板式散熱器，通過散熱器放出熱量對電池艙內加熱，使得艙內溫度升高，當檢測到艙內溫度高于40℃時，電池艙加熱系統水泵停止工作。
2.1.2 電池艙的冷卻
在夏季，電池艙內溫度高于40℃時，需要對電池艙進行冷卻。此時，系統內加熱器不工作。電池艙內冷板式散熱器吸收艙內的熱量使冷卻液溫度升高，由于電池艙溫度控制系統與乘員艙供暖系統共用儲水箱，因此儲水箱內冷卻液在乘員艙供暖系統水泵的作用下即可進入乘員艙散熱器，利用車廂內的環境空氣（在東北，車廂內溫度一般不高于30℃）對冷卻液冷卻，降溫后的冷卻液回到儲水箱。在電池艙冷卻系統水泵的作用下，冷卻液再次進入電池艙冷板式散熱器，吸收電池艙內的熱量，如此形成循環，滿足電池組的工作溫度要求。
2.2 乘員艙供暖系統
東北地區冬季氣溫低，公交車作為公共交通工具，為乘坐人員提供舒適的乘坐體驗是一項基本要求。乘員艙散熱器布置在車廂內部兩側。長度空間分別為2500mm和3500mm，高度150mm，厚度30mm。乘員艙加熱系統與電池艙溫度控制系統共用儲水箱，單獨設置循環水路，以可變流量電控水泵為動力，驅動溫度較高的冷卻液流過乘員艙散熱器，達到為乘員艙供暖的目的，提高冬季的乘坐舒適性。
夏季東北地區氣溫不高，乘員艙供暖系統作為電池艙冷卻系統的一部分，同時承擔著將熱量散發至自然環境中的任務。
3 結論
按照電動公交車智能熱管理系統方案完成系統內各部件的加工制造，安裝到某輛電動公交車后后，進行高、低溫兩種極限工況的實車試驗，結果表明，該系統能夠很好地解決東北地區電動公交車冬夏兩季面臨的問題，滿足電池艙的溫度控制需求和乘員艙的供暖需求，提高車輛的續航里程[2]，為東北地區電動公交車的推廣使用提供了一種解決方案。
參考文獻：
[1]李忱.電動公交車蓄電池常見故障及檢修方法[J].時代農機，2015（05）：46.
[2]陳岳川.電動公交車電池續航預測研究[J].城市公共交通，2017（08）：22.
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