ｌ ｅ旧统｝仃・＾绐 国 蘩 １ 燃油加热系统在电动汽车中的应用 郭会聪。昃强 （长城汽车股份有限公司，河北保定０７１０００） 摘要：介绍燃油力ｌｌ热系统在长城汽车某款电动汽车上的应用，实现了此款纯电动汽车的驾驶室采暖及驻车加热 功能，并通过ＣＡＥ仿真及整车试验验证其除霜除雾性能。 关键词：燃油加热器；电动汽车；驻车加热器；除霜；除雾 中图分类号：Ｕ４６４．１３６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—８６３９（２０１０）１１－００２５—０４ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｕｅｌ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ ＧＵＯ Ｈｕｉ—ｔｏｎｇ，ＺＥ Ｑｉａｎｇ （Ｇｒｅａｔ Ｗａｌｌ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｌｅ］ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ ｔｙｐｅ ｏｆ ＧＲＥＡＴ ＷＡＬＬ ｐｕｒｅ ＥＶ， ｗｈｉｃｈ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｂ ｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ ｐａｒｋｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ．Ｉｔｓ ｄｅｆｒｏｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｍｉｓｔｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ＣＡＥ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｈｙ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｅｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｕｅｌ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ（ＥＶ）；ｐａｒｋｉｎｇ ｈｅａｔｅｒ；ｄｅｆｒｏｓｔ；ｄｅｍｉｓｔ 随着全球能源紧缺和环境污染日益严重．越来 路、排气消音器、排 越多的汽车厂家着手于电动汽车的研发。南于其经济、 气管路、遥控器组成。 环保及清清的特点，发展电动汽车是灾现节能减排、 Ｗｅｂａｓｔｏ公司加热器 绿色环保的有效途径。但目前电动汽车的大规模发 系统结构图如图ｌ 展还存在很多制约凶素，空调系统就是其中之一。 所示。 传统燃油汽车是利用发动机热的冷却液流入暖 １．２燃油加热系统 风芯体，冷空气通过芯体时加热，从而为驾驶室制 工作原理 暖。电动汽车，尤其是纯电动汽车，没有发动机作 燃油加热系统有 为热源，于是燃油加热器走人人们的视线，本文主 水路、油路和空气ｊ 图１ Ｗｅｂａｓｔ０公司加热器 要介绍燃油加热器在纯电动汽车上的应用。 路循环。水路由加热 系统结构图 器、水泵、发动机、 １ 燃油加热系统介绍 暖风芯体、膨胀水箱串联组成：油路可以用取油装 燃油加热器出现丁２０世纪５０年代，德同的 置从进或回取油。并借用原油箱，ｔＥ可以 Ｗｅｂａｓｔｏ￣司为巴土研制出一款转炉式加热器。 由单独的油箱、燃、燃油过滤器、油泵组成： 经过不断创新与发展，今天的加热器不仅体积越来 空气循环由助燃空气风扇、进气消音器、排气管、 越小、技术越来越先进、燃料越来越丰富，还可以 排气消音器组成。 使用柴油、汽油、生物柴油、乙醇汽油，实现方式 Ｉ 作时，加热器接到启动信号，它的控制器进 有风暖加热器和水暖加热器两种。 行自动的安全检测。油泵从油箱泵油，进入燃烧室 目前，燃油加热器已经广泛应用于奔驰、宝 内的蒸发器雾化，助燃空气经进气消音器后被吸入， 马、奥迪、沃尔沃、现代、大众等品牌车型，成为 与燃油按一定比例混合后由火花塞点燃：同时水泵 欧洲中高档轿车的主流选装设备。 将冷却液泵入燃烧室外的热交换器，热能传递给冷 １．１ 燃油加热系统构成 却液，注入空调暖风芯体，当达到预先设定的启动 燃油加热系统主要由燃油加热器（本体集成 温度时，空调鼓风机开始运转，向车内吹入热风， 控制器）、循环水泵、油泵、进气消音器、进气管 实现供暖。 修改稿收稿日期：２０１０—０７—１３ 作者简介：郭会聪（１９８１一），女，河北廊坊人，长城汽车股份有限公司技术中心新能源项目科长，主要从事纯电动汽车 及混合动力汽车的研发Ｔ作；昃强（１９８４一），男，Ｉｌｌ东淄博人，长城汽车股份有限公司技术中心ＣＡＥ部ＣＦＤ＆ＮＶＨ仿真工程 师．主要从事窑气动力学及ＮＶＨ方面的仿真ｒ：作。 辔生命有限，学问无涯 《汽车电器》２ｏ１ｏ年第１１期ｌ２５ １．３燃油加热系统的作用、操作方式及耗能 燃油加热系统在燃油汽车上主要作为驻车加热 ２．２ 系统匹配 １．３．１ 作用 目前的电动汽车基本都是在燃油汽车基础上改 制的．但是电动汽车的动力性能指标各汽车公司也 力争与燃油汽车相当。目前国标推荐的《纯电动乘 用车技术要求》进入报批阶段，其中要求３０ ｍｉｎ最 高车速按照ＧＢ／Ｔ ｌ８３８５规定的试验方法测量，应 器，在寒冷的冬季或冰雪天气．驻车加热器可以在 不起动发动机的情况下将发动机和驾驶室进行提前 加热，实现驾驶室加热、发动机预热和风挡玻璃除 霜三方面功用 不低于７５ ｋｍ／ｈ：续驶里程按６０ ｋｍ／ｈ等速法测量， 应大于１５０ ｋｍ． ．１）利用１０～１５ ｍｉｎ．￣行驾驶室加热，使驾驶室 达到令人舒适的温度。 ２）预热发动机的冷却液，避免冷起动，减小 冷起动对发动机造成的磨损．全面保护发动机，并 由于整车的外形、乘员人数一般不变．所以新 风负荷、车身传热、太阳辐射传热、人体散热量等 也不变．机舱去掉发动机后。增加了同样会散热的 电机及控制器、充电机、ＤＣ／ＤＣ等系统，同时布置 在地板下面的电池包系统也会向驾驶室传热，根据 车身热平衡的方程式 延长发动机３０％的寿命，还能改善发动机低温冷起 动性能、降低废气排放。 ３）对风挡玻璃进行除霜除雾，减少等待时间。 １．３．２操作方式 Ｑ ＝ＱＢ＋ＱＧ＋Ｑｖ＋ＱＰ＋ＱＭ＋ＱＬ 在夏季．还可通过遥控器提前对驾驶室热空气 进行换风．让驾驶员进入车内即有一个清爽舒适的 环境，避免蒸笼效应，同时有效降低空调的负荷。 驻车加热功能可以通过３种操作方式实现。 １）使用预设定时器设定加热器自动开关的不 同时间。 Ｑ＝ Ｑ 式中： 一储备系数；ｐ一采暖系统所需换热 一人体热；Ｑ 一 量；Ｑ 一车身总热负荷；Ｑ 一车体传入热量；Ｑ ；一 玻璃传入热量；Ｑ 一新风负荷； 用电设备散热量；Ｑ 一车内零件散热量。 通过计算．总体来说燃油汽车改为电动汽车对采 暖系统所需的换热量影响不大。由于燃油汽车的热舒 ２）使用遥控器远距离遥控扁动，一般遥控距 离在１ ０００ｍ范围以内。 适性及除霜除雾性能均满足相关法规要求，所以町沿 用ＨｖＡＣ单元，且当燃油加热器作为电动汽车热源时， 只需要燃油加热器的出水口温度、流量达到发动机 ３）使用手机或固定电话拨打预设的号码启动。 手机启动需要将一张ＳＩＭ卡插入装在车上的手机控 制模块中，并与加热器连接，当启动加热器时，只 需拨打该ＳＩＭ卡的电话号码即可。 １．３．３耗能 冷却液进入暖风芯体前的温度及流量要求即可。 ２．３ 系统电气原理 如要实现驻车加热功能．系统改动量不大，只 需提前将空调风速开关调至某一梢位，鼓风机继电 加热器耗能方面，根据Ｗｅｂａｓｔｏ＃＿｝司的数据表 明，满负荷运转状态下，每小时消耗燃油，包括消 耗电池的电能，共折合为０．３～０．７ Ｌ汽油．基本与冷 器使用５脚继电器即可实现。 系统电气原理如同２所示。鼓风机继电器常闭 起动增加的油耗相同：驻车加热消耗的燃油比怠速 预热消耗的燃油减少约８０％，汽油汽车废气排放量 降低￣ｊ５ｏ％，柴油汽车降低约１６％。 端接ＩＧ电．供 调系统使用。当需要驻车加热时， 通过遥控器按下０Ｎ开启，天线接收到信号后南天 线接收器发出启动命令给定时器，这时定时器通过 ２脚输出给燃油加热控制模块１脚后．燃油加热控制 ２燃油加热系统在电动汽车中的应用 模．ｔ￣４ＩＩＮ和６脚输出．鼓风机继电器和油泵继电器吸 合，燃油加热器开始工作。 定时器可以精确设定驻车加热或驻车通风的启 动时间．当达到程序预先设定的启动时间时，系统 自动启动：当达到程序预先设定的运行时问后，系 统自动关闭。定时器还町以通过设置按钮，实现驻 车加热和驻车通风的模式转换。 ２．４ 系统布置 ２．１ 应用背景 目前，电动汽车凶节能环保而备受青眯。以纯 电动汽车为例，驱动电机取代了燃油发动机，而发 动机去掉．则空调制冷用压缩机和采暖的热源也随 之没有了，所以电动压缩机和燃油加热器越来越多 地应用在电动汽车上。 如使用Ｐｒｌ Ｃ加热实现电动汽车采暖及除霜除雾， 依照２０１０年７月１日实施的ＧＢ／ｒ ２４５５２—２００９《电动 燃油加热器在燃油汽车上经常布置在机舱的发 汽车风窗玻璃除霜除雾系统性能要求及试验方法》进 行试验，不能满足标准要求。且ＰＴＣ加热需消耗电 动机后端、前轮挡泥板、前同板等位置，各公司各 车型不尽相同。纯电动汽车去掉发动机以后，机舱 空间一般布置电机、电机控制器、充电机、ＤＣ／ＤＣ、 电动压缩机。ｓｉ－ｌ：，款电动汽车也将燃油加热器及水箱 池组的能量，影响电池组使用寿命，还会缩短电动 汽车续驶里稗约３０％。而燃油加热器只缩短约２％。 ２６《汽车电器》２ｏ１０年第１１期 投资热点——建电解液、补充液厂 详见插３广告 ｆ【 ］ｊ１… Ａ 迎里 篙ｆ＾ 口 『【 ］Ｊ ２０Ａ １ Ｙ１ ４ＯＡｔｕｈ『Ｊ Ｌ ２５Ａ ＼８６ ８ ８７目 ８５ —Ｊ ３０‘、 端子８ ４ １ ２ ５ ６ ３ ７ －－ｏ ＿ｏ 空调风速开关 匕 ７＿１ ＇ 位 ＼ ｏＦＦ Ｌｏ 需 心 迎里 皇 １ ５ ４ ３ ２ 喜Ｂａｔ 嘤 缸娶 ｌ ｓｗ Ｂａｔ 世 隧 基 ＼ ２ ３ １ ８５ ３ｏ ．—１ 嚣 —＿ ＭｌＭ２ Ｈ －－ｏ －∞ ０ ∞ ８６ ８７ 接收器 ６ 定时器 ４ １ 燃油加热控制模块 ３ ７ ５ ６ ８ 爆 ⑩油泵 鬣 １ ｌ １ｌ ｌ—ｌ—ｌ—Ｊ３ ２ ５ ６ Ｉ。 ｌ⑩ｌ④ｌ ｌＬ— ＬｊｒＭ １ ＬｊｒＭ２ 仁≠ 廿 图２燃油加热系统电气原理图 搬 ２ ｌ 调速电阻 布置在机舱内部，安装位置要求如下。 １）加热器位置应尽可能低，确保加热器和水 泵中的水自动充灌。 ２）加热器避免放在靠近高温部件的位置。 ３）加热器避免放在容易涉水及溅水的位置。 ４）油泵应布置在温度低的位置，并确保取油 处的最大压力不超３２￣２０ ｋＰａ，同时安装固定要考虑 减振设计。 ５）进气消音器布置在低温防水的位置抽取室 外空气。 ６）排气消音器布置在加热器附近，并保持大 于２００ Ｉｎｎ的间距，但不允许安装在进气口附近。 ７）加热器、油箱及管路要考虑碰撞要求，且 具有断油措施。 ２．５系统验证 根据国家标准ＧＢ／Ｔ ２４５５２—２Ｏ０９《电动汽车 风窗玻璃除霜除雾系统性能要求及试验方法》的要 求．运用ＣＡＥ分析的方法进行相关性能验证验证为例）。 （由于 一◆ （ａ） （ｂ） 图３仿真分析使用的有限元模型 如表１所示。 表１ 空调除霜风道总进口处温度随时间的变化 ２＿５．３分析计算结果 首先进行稳态计算，计算收敛后得到稳定的速 度场；随后进行瞬态除霜过程的计算，直至霜层完 全融化。 １）稳态计算结果（图４） 除霜、除雾系统的验证方法相似，此处以除霜系统 除霜法规要求：①试验开始２０ ｍｉｎ后，除去Ａ 区至少８０％的冰层；②试验开始２５ ｒａｉｎ后，除去Ａ 区至少８０％的冰层；③试验开￣ｆｉ４０ ｒａｉｎ后，除去Ｂ区 至少９５％的冰层。 ２．５．１ 有限元模型建立 在前处理软件中建立驾驶室及空调除霜风道的 面网格模型，如图３ａ所示。导人流体动力学分析软 件中生成流体网格．对所关注的风挡玻璃、侧窗玻璃 和除霜风道等处做了相应的细化处理，如图３ｂ所示。 ２．５．２边界条件加载 ｔｏｔｒ － 图４稳态计算结果（速度矢量图） 从图４稳态计算结果看，前风挡速度分布合理。 但从侧窗速度矢量分布来看，风速最大的区域未能 根据国标要求进行边界条件加载。 １）外界环境温度：一１８℃。 ２）空调除霜风道总进口处风速值：８．５ １ＴＬ／Ｓ（空 调鼓风机所能达到的最大风速）。 ３）空调除霜风道总进口处温度随时间的变化 落在后视镜视野区域内，不合理，需调整侧除霜风 道出风口方向。 ２）瞬态计算结果（除霜效果）（图５） 除霜效果图５中．图５ａ～图５ｆ表示除霜过程．其 。投资１５ ０００元可建年产千吨电解液厂 详见插３广告 《汽车电器》２ｏ１０年第１１期 中图５ａ代表霜 层未融化．图 ５ｆ代表霜层完 全融化。观察 分析结果。从 １ ０００ ｓ时除霜 －－ 图６燃油加热系统除霜试验结果 效果图可以看 出，Ａ区、Ａ 玻璃除霜除雾系统性能要求及试验方法》的要求。 准面与Ａ区对 （霜层完全融化） 称的区域．Ａ， 区未标注。具 图５瞬态计算结果（除霜效果图） ３结论 电动汽车响应了节能环保的号召，我们希望电 动汽车达到一定的动力性能指标又可以满足驾乘者 的舒适性要求。为通过纯电动汽车的驾驶室取暖性 能及除霜除雾性能的法规。燃油加热器无疑是 现阶段开发的较好选择。 参考文献： ［１］ＧＢ／Ｔ２４５５２－－２００９，电动汽车风窗玻璃除霜除雾系统 体参照ＧＢ ｌ１５６２－－１９９４《汽车驾驶员前方视野要 求及测量方法》）冰层融化厚度完全符合法规要求， 并且侧窗后视镜视野区域的冰层也完全融化。 ２．５．４ 试验验证 试验结果如图６所示。在试验结果图中，Ａ、Ｂ 代表Ａ 与Ｂ区，Ａ 区未标注；下方黑色细实线包 同的５ 区域为５ ｒａｉｎ霜层融化区域：中部黑色粗实线 包同的１０ 区域为１０ ｒａｉｎ霜层融化区域：１５ ｒａｉｎ后霜 性能要求及试验方法『Ｓ］． 层完全融化，试验结束。试验结果显示，空调系统 能够满足法规ＧＢ／Ｔ ２４５５２—２００９《电动汽车风窗 （上接第２４页） ＣＢＣＵ ［２］ＧＢ１１５５６，汽车风窗玻璃除霜系统性能要求及试验方法 ［ｓ］． （编辑李翩） ，＇，’＇＇’＇＇＇ｌ，ｌｌｌｌ＇ｌ，，ｌｌｌ＇＇ ’，１）ｌｌｌ，ｌｌｌ，，，ｌｌ ＇＇＇＇ｌ，，，，，＇ｌ＇ｌｌｌ，ｌ，，ｌ，，ｌｌ ＇＇’ ’ ，＇＇，’，ｌ＇＇，＇，，，ｌｌ 一Ｉ■■墨砸 ■■圈一爿嘲一 己接ＬＥＤ拌＝午 Ｃ．８ Ｂ．２Ｏ Ｃ．３６ Ｆ．１５ Ｆ．１ Ｆ．４ Ｆ．１１ Ｆ．３ 左旋确定右旋 ＭＣＳ开关 ６ ５ ２ ｌ 孽 棼 挂 挂 壮 ＾ ＾ ＾ ＾ ＾ ｌ ｌ ｌ ｌ ｌ … ｌ 卜ｌｌ ｌ９９９９ ９ｋｍ １２：００ ９９９９９９９ｋｍ 图１０ Ｈ０Ｗｏ挂车灯 配置界面１ 图１１ ＨＯＷｏ挂车ｇ－ｊ－ 配置界面２ 图９ ＨＯＷＯ车挂车检测原理图 到重新被设置。 ４．３挂车灯配置方法 ４．４挂车引脚定义 ＨＯＷＯ车挂车灯引脚也全部在ＣＢＣＵ上，其外 Ｈ０ｗｏ车的挂车灯配置主要是使用ＭＣＳ开关的 左旋、右旋和确定功能，根据仪表显示情况完成配 置。其详细设置步骤如下。 形以及引脚排列图如图６、图７所示。其ＣＢＣＵ输出 引脚如图９所示。 ５结束语 １）旋转ＭＣＳ开关，使显示屏界面如图ｌ０所显示。 ２）旋转ＭＣＳ旋钮，选择“配置挂车ＬＥＤ灯”选 项，按下ＭＣＳ开关进人如图１１所示界面。 重汽车辆的挂车灯配置是重汽卡车与其他厂家 ３）选择“挂车未接或不含ＬＥＤ￣Ｔ”选项，则挂 车灯通过上电自检的方式进行输出：选择“已接 卡车的一个重要的不同点，在实际的应用中给用户 和服务人员造成了一定困扰，希望我们能对挂车灯 ＬＥＤ挂车”选项，则挂车灯强制输出，按下ＭＣＳ开 关进行确定。设置完成后，设置内容被保存下来直 配置的原理和方法有更深刻的理解，彻底解决应用 中的各种问题。 （编辑唐兴年） ２８《汽车电器》２ｏ１０年第１１期 投资小、成本低、利润高的致富项目 详见插３广告◇
