K行+，焦
Industry Focus
陈俊$鲍建名，陈鹏程$段胜利
(潍柴动力股份有限公司，上海201100)
摘要：本文对某电动车暖风系统在运行时，高压水加热器无法持续运行、膨胀水箱中出现白”泡沫”状物质进行了原因分析，得出增加水阀、改进冷却液回路除气性能的优化措施，并最终在台架试验、整车采暖试验中证明了方案的有效性。
关键词：高压水加热器；水阀；除气性能
中图分类号：U469.72文献标志码：A文章编号：1003-8639(2021)02-0021-04
Research on the Degassing Performance of the Cooling Liquid Circuit of an Electric Vehicle Heating System CHEN Jun,BAO Jian-ming,CHEN Peng-cheng,DUAN Sheng-li
(Weichai Power Co.,Ltd.,Shanghai201100,China)
Abstract：This article analyzes why the high-voltage water heater of an electric vehicle heating system cannot continue to operate and white"foam”substances appear in the expansion tank when the heating system is running, then obtain the solution of adding the water valve to the coolant circuit and optimize the degassing performance of the coolant circuit.Finally,the effectiveness of the scheme is proved in the bench test and the vehicle heating test.
Key words：high-voltage water heater；water valve；degassing performance
!研究背景
2019年初W集团试制了一台纯电动轻卡样车，其乘员舱的空调暖风系统采用了主流的高电压水暖加热器（WPTC）的技术路线，即增加高电压水暖加热器、膨胀水箱、水泵、暖水管路与原车暖风芯体形成封闭水循环系统⑴，通过WPTC加热冷却液，冷却液流经暖风芯体与乘员舱进行换热来保证整车的采暖、除霜性能。
但在对车辆进行调试时，发现WPTCZ作一段时间会自行，时，暖风系统行时膨胀水箱的冷却液即呈现。对车辆进行查，发现封闭的冷却回路中无污染，水泵工作正，路封正、无现，冷却液HEC-!-25!正（）
, WPTC在车台试的性能正[2$对冷却循环系统在用中会在一的体，进热流，加冷却系统的空，力口冷却系统内的除的
[3$冷却系统路现体与冷却水之间L路压增，成系统水过 过高的
现，冷却液内流膨胀水箱的、除路、冷却液加过、制
对进行，通过增加水、冷却液回路除性能的案解决了，最终在台试验、整车采暖试验中证明了案的有效性。
2问题介绍
在车辆的暖风芯体进、水壁布了度感器，着在外环境温度为0!时，将暖风系统调整至外循环、收稿日期:2020-08-10最大功采暖、吹脚、最大风模式，采集暖风芯体的进、出水温度，最后将数据绘制成如图1所示的散点图。
图1故障车暖风进、出水温度
表明，400s前暖风芯体的进、出水温度差在15!左右，说明采暖系统工作较正，且乘员舱鼓风、芯体的性能没有问题。但在1100s时，暖风芯体的进水度达到了101!，在1300s后WPTC停止加热工作；并且前600s内暖风进、水温度波动不
大，但600〜1200s之间
进、水度呈现剧烈
的上下波时，试
验过中观察到膨胀水
箱中液层现
物质，将除
更换为透明胶
，发现如图2所示的
混合物。图2除气管中“泡沫”混合物
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3暖风系统简介及原因分析
3.1暖风系统简介
图3为此电动车暖风系统冷却液侧框图，其工作原理为WPTC加热水泵输送来冷却液，冷却液被WPTC的发热体加热后在水泵的作用下进入暖风芯体，暖风芯体与乘员舱内冷空气进行热交换进而提升乘员舱内的温度。
图4为此电动车暖风系统在整车中的总布置示意图，可以看出此车型乘员舱较高，发动机舱位于乘员舱下方等特点。由于车型结构的原因，暖风芯体布置在乘员舱的前方，WPTCy水泵、暖风管路等零部件布置在乘员舱下方，膨
图3暖风系统冷却液侧框图
图4暖风系统总布置示意图
水箱布置在乘员舱的后端。
以膨水箱为点，方向各零部件至后一零部件间管路度、内表1。
冷却液回路中主要零部件性能参数见表2。
表1各零件间管路长度及内径
名称膨胀水箱补水三通水泵WPTC暖风芯体除气三通补水三通除气管长度/mm—90015015030003000150900内径/mm①17①17-2x!14①15①17①14①8-2x!14①15①8
表2主要部件性能参数
名称功率/W流量/(L/min)水阻/kPa接口内径/mm内容积/mL备注（部分测试条件）暖风芯体5215612①14340风量为300m3/h WPTC600010 1.2①17265进水温度40"
水泵5532——①1745扬程为0
3.2原因分
1）冷却液内分
体原理，动路管径的、的遮结构体在中的，的结构
，如果冷却液流道中在理的设计，冷却液在行，动的冷却液的风。
表1冷却液内中暖风管内为"14，与管相连的暖风管内为"15，暖风胶管与"17的水泵、WPTC暖风芯体为下进出的行结构，WPTC为7行水的结构管路的管
在主管路水泵为电动车用的泵因此，冷却液内。
2）膨水分
统车型的布置，膨胀水要在冷却系统高其下高于热水⑷，要
膨水的膨、备、必留叫此台纯电动车的膨胀水箱内腔体为截面结构，MAX线以上高度69&&、容积为1811mL,MAX线距离MIN线73mm、容积为1500mL,MIN线距壶底93mm、容积为2030mL$通过图5的侧视图发现膨水没有布置于暖风芯体的高点之上，MAX线仅高于暖风芯体高点30mm，因此从理论上说其布置位置是要优化的。
图5采暖系统侧视图
但由于实车中膨水的布置位置再上移，因此需要对膨水冷却液的备进行。表1所有管路内约为1150mL，表2暖风芯体、WPTC、水泵的内约为650mL，因此暖风系统的内约为1800mL$膨胀水箱在MAX与MIN间的截面积A约为205cm2，推出冷却液的备为!b=615mL，备占总的34.2%，满足冷却系统总的11%〜15%要求⑸。，膨
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胀水箱补水口距离水泵入口450mm,Max线到水泵入水口高
度为6l6mm，不会因为冷却液的晃动导致空气进入系统。
3）除气管路分析
冷却系统中的除气管路需要布置在散热器上尽可能高的
位置，并与副水箱形成连续上升的通路"3#。但由于车型结构
限制，实车中除气管路只能先向下弯曲再连接至膨胀水箱,
故系统最高点至除气三通处易积存空气。根据经验，于
除气管路连接在路上的结构，需要
管路水向进上，并在除气三通处专
门的“除气室”进气、液分离。但样车的除气三通接
焊接在路的管*结构会导致水管.
系统下的气至除气三处，并通除
气管。
4）冷却液分
根据车，系在可
，因通的进分。在
实，冷却液的向6，冷却液膨胀水
箱向下，至补水三处会向动，至除气三
，由于的空气与液只能
在系中，续再的液只能补“膨胀水
箱一三通（补水）一除气三通一膨胀水箱”的空空
，除气管路的液与膨胀水箱MAX线再往
系统中冷却液。
暖风管路
暖风芯体
膨
胀
水
箱
WPTC泵
图6加注过程中实际的冷却液流向
电信号根据冷门旋钮发的加热功率（CAN指令）
延迟4s进热作；当用户再次按下PTC按键*WPTC立
即停止热工作，水泵延迟4s停止工作。根据传统车在寒
区试验积累的冷却液温升数据，定WPTC在热中出
水控温上限为70!，水温到达65!降功率*水温
到达70!立即停止作，检测到WPTC水水温恢复至
55!继续进热作。
台电动车选用的WPTC内7条的通扁管，
在扁管布置6组用于热的发热片，冷却液扁管
内，发热片会自身的温度通扁管传递给冷却液,
进冷却液的温度*在热的中发热片自身的
温度可达到140!@通上可知WPTC的控温上限为70!,
但在1中进水温度经上升至101!*经分*冷却液中
入的空气，气、水会形成气在WPTC
扁管内进发热片的作，到试验发热片
会与之接的分冷却液接气*以系统中的
空气导致出水温度高于控温上限、暖风进水温度数据剧烈地
波动。
6）冷却液分
水泵启动，除气管中的冷却液会喷射至膨胀水箱
内同*相同积的液会膨胀水箱下进入系统中
，样不完成了系统的除气。但除气管
在除气的同时也会系统热带入膨胀水箱中，为分除气
性能并热中热量的损失，需要对除气管中的冷却
液进分。
根据1表2的参数建立了如图7的
算模型，经经水泵、WPTC的为
16.lL/min，通除气管向膨胀水箱中的冷却液为
0.27L/min，即在除气管温度与入水口相同的前提下，除气
管路中的水、热为2%左右，经验
（水泵选型的功率）。
水泵，路中的液会路中存的空气一
动，系统在会通过除气管存的空气进除，但系统中存在空气*“”
中的气会不、成不一的，因系统中冷却液的实、通过除气管除气的*进而带来白“泡沫”状质始终存在的问题。
根据表l的参数，假设冷却液通过补水三通后往两侧的速相同*那么WPTC至的管路、、至除气三通处可能为空气，分空气冷却液的继续产生阻力，导致系统不足。在前提下，系统中的空气积％约为1140mL*人2大于膨胀水箱的储备容积人，可以发现膨胀水箱中储备容积无
。因，车型接用会导致存在
体、分管路中的空气无。
5）控制逻辑分
系统的控制逻辑为G在乘员舱鼓机开启的前提下，用户按下空调控制板上的PTC按键水泵立即作，同水泵发出高电信号至WPTC,WPTC在接收到水泵的高
膨
胀
水
箱
图7—维计算模型示意图
小结G通上的分，发现除气三通接在系统最高点；系统无控制冷却液的向，易成的空气在冷却液路中的空气系统运，冷却液会现“”状；气、水与WPTC接的液会接气，剧了系统中气泡不易
的问题。故系统无续工作的因为：气：扰WPTC的热，导致WPTC高温并停机。
管
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4优化方案及试验验证
4.1除气性能优化
通过上文的研究，明确了在手工加注时需要对封闭回路中的冷却液的行经路径进行优化设计，进而实现冷却液从一侧进入并将空气缓慢从另一个方向挤出，从而避免产生滞留的空气对再添加的冷却液产生阻力⑹。如图"所示，对冷却回路进行优化设计，具体如下。
图8优化后的冷却回路及加注时冷却液的流向
1)在补水三通和除气三通之间增加一个水阀。当系统加注时关闭水阀，以实现冷却液在重力的作用下从补水三通水的时，经体的出水从除气再回水中。当系统加注完毕，打开水阀以实现冷却液的正常运行。
2)除气管路与路对设计成中的“除气，以优化冷却液流动状态、静止状态下的气/液
4.2
了上述方的性，优化后冷却液回路在加注和运行时的工作，除气路、水出水
明，了如图9所示的现当水阀
关闭时，运行水除气管路水中出现了图1所示的o当水阀在关闭下进行冷却液的加注时，水运行除气管路水中的液为o
图9WTPC测试台架
的，在20!的下对WPTC的采暖性作力进行o系统
环、最大功率米暖、吹脚、最大风量模式，米集暖风芯体的进、出水，并如图10所示的散点图。
通过图10以现进水上限为70!.彳WPTC上限要当进水55!时，WPTC 开力口工作，WPTC下要时，水温曲线平缓无较大的波现象，系统在20!左右的
图10实施优化方案后的暖风进、出水温度
中长时保工作，故优化措施有效(在冬季的采暖需)
5结论
文通过对某电车高压水加热器无法运行
水中出现质进行了原因分析及优化设计，得出如下结论。
1)当除气路无法直从系统高呈缓慢上升
与水连时，需要对冷却液加注时液体的行经路径进行设计，以实现冷却液从一侧进入并将空气缓慢地从另一侧挤出
2)当除气管需要布置在主路上且主路从系统高先下弯曲时，此根主路应该在除气三通位置设计的“除气.以优化气、液果。
3)当水的布置位置受时，需要对膨胀水中的液体储备容积进行校核，并评估系统运转后液面是否高于体高的要时，在系统运行，需要根胀水中的液面高决定是否补液的需
4)需要对除气中的冷却液进行校核，在除气的同时避免过多的失。
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汽车冷却系统(编辑杨景)
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