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比亞迪-針對(duì)純電動(dòng)車型的冷卻模塊開發(fā)

2021-11-22 16:31:59·  來源：電動(dòng)學(xué)堂  作者：楊勤超等  
　
文章來源：比亞迪汽車工業(yè)有限公司1純電動(dòng)汽車?yán)鋮s散熱的特點(diǎn)與需求純電動(dòng)汽車的冷卻散熱需求與燃油車有很大差異，燃油車使用的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的最高熱效率約40%，而
文章來源：比亞迪汽車工業(yè)有限公司
1純電動(dòng)汽車?yán)鋮s散熱的特點(diǎn)與需求
純電動(dòng)汽車的冷卻散熱需求與燃油車有很大差異，燃油車使用的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的最高熱效率約40%，而純電動(dòng)汽車所采用的電機(jī)電控的熱效率普遍在90%~95%區(qū)間，電驅(qū)動(dòng)總成的生熱量遠(yuǎn)低于燃油車。但純電動(dòng)汽車的冷卻散熱有自己獨(dú)特的需求，也面臨一些新的挑戰(zhàn)：
1)發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫在高熱負(fù)荷工況時(shí)可達(dá)100~120℃，而電機(jī)電控中的電子元器件使用壽命受高溫影響很大，一般冷卻水溫要求在60~70℃。散熱器一般布置在冷凝器后面，在外界40℃的環(huán)境下開空調(diào)時(shí)，經(jīng)過冷凝器加熱的氣流可以達(dá)到60~70℃。對(duì)燃油車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的冷卻液側(cè)和冷卻氣流側(cè)的溫差（下文簡(jiǎn)稱液氣溫差）仍然有40~50℃，而純電動(dòng)汽車散熱器的液氣溫差會(huì)小于10℃，甚至零溫差，散熱困難。
2)充電時(shí)間長(zhǎng)一直是純電動(dòng)汽車軟肋之一。近幾年，采用超大功率充電成為趨勢(shì)，當(dāng)前市場(chǎng)上已出現(xiàn)200kW以上的充電功率，電池包在超大電流充電時(shí)的生熱量大大增加，早期采用循環(huán)冷卻液將電池包的熱量傳遞到前端散熱器內(nèi)進(jìn)行空氣對(duì)流換熱的方法已不能滿足電池包散熱要求。采用空調(diào)冷媒對(duì)電池包進(jìn)行冷卻成為主流技術(shù)，這部分熱量最終轉(zhuǎn)移到冷凝器上散走，導(dǎo)致怠速充電時(shí)冷凝器的熱負(fù)荷大大增加。在高溫環(huán)境下，超大功率充電和空調(diào)制冷同時(shí)開啟時(shí)（下文簡(jiǎn)稱“雙開”工況），冷凝器的熱負(fù)荷遠(yuǎn)高于燃油車。而原地充電時(shí)沒有迎面風(fēng)，冷凝器散熱條件差，成為純電動(dòng)汽車?yán)鋮s散熱的重大挑戰(zhàn)。
3)為了提高充電功率，充電電壓也在提高，車輛需配置“升壓”系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)充電樁與電池包之間的電壓轉(zhuǎn)換，這個(gè)過程中也會(huì)產(chǎn)生熱量，需要通過冷卻系統(tǒng)散走。圖1為不同充電功率，在日光曝曬下開空調(diào)和“升壓”系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí)，冷卻模塊的綜合熱負(fù)荷;隨著直流充電功率增加，冷卻模塊熱負(fù)荷呈線性上升趨勢(shì)。
4)純電動(dòng)汽車對(duì)能耗和風(fēng)阻要求更高，前艙格柵的進(jìn)氣面積遠(yuǎn)小于燃油車，對(duì)冷卻散熱不利。
5)純電動(dòng)車由于沒有發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的掩蓋，怠速時(shí)冷卻風(fēng)扇的噪聲凸顯出來，因此電動(dòng)汽車對(duì)怠速風(fēng)扇噪聲的要求更嚴(yán)格。

綜上所述，針對(duì)純電動(dòng)車型冷卻散熱的特點(diǎn)及需求，非常有必要開發(fā)專用的冷卻模塊，來滿足整車熱管理性能需求，同時(shí)兼顧風(fēng)阻、NVH等其它性能的需求。
2現(xiàn)狀及問題
2.1行業(yè)現(xiàn)狀
當(dāng)前在售的純電動(dòng)車型大部分沿用與傳統(tǒng)燃油車型架構(gòu)相同的冷卻模塊，將冷凝器與散熱器一前一后布置（下文簡(jiǎn)稱“散熱器后置方案”），如圖2~3所示。


采用這種布置結(jié)構(gòu)，從前格柵進(jìn)入的冷卻氣流先經(jīng)過冷凝器加熱，再冷卻散熱器。如前文所述，純電動(dòng)車在“雙開”工況下，從冷凝器出來的風(fēng)溫即可達(dá)到60~70℃，比散熱器內(nèi)的冷卻液溫度還高，氣側(cè)不僅沒有散熱，反而出現(xiàn)“風(fēng)加熱水”現(xiàn)象，如圖4所示。

要解決“雙開”工況下電驅(qū)動(dòng)總成水溫高的問題，往往只能通過降低冷凝器的出風(fēng)溫度來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于冷凝器的傳熱過程，列式如下：
Qevp表示蒸發(fā)器傳遞給冷媒的熱量，即乘員艙制冷量
Qbat表示電池包傳給冷媒的熱量
Wcmp表示壓縮機(jī)消耗電功率
Qloss表示空調(diào)系統(tǒng)沿程熱損失（如管路熱損失等）
Qcnd_air表示流經(jīng)冷凝器氣流從冷媒中吸收的熱量
Cp_air表示流經(jīng)冷凝器氣流的比熱容
mair表示流經(jīng)冷凝器的氣流質(zhì)量流量
Tout_air表示流經(jīng)冷凝器出風(fēng)溫度
Tin_air表示流經(jīng)冷凝器進(jìn)風(fēng)溫度
根據(jù)以上公式，為了降低冷凝器的出風(fēng)溫度，主要有以下兩種方法：
1）采用更高性能的電子風(fēng)扇，提高冷卻系統(tǒng)送風(fēng)量mair，降低流經(jīng)冷凝器的出風(fēng)溫度。怠速工況下沒有迎面風(fēng)，提高冷卻模塊進(jìn)風(fēng)量只能依靠加大電子風(fēng)扇功率和轉(zhuǎn)速，但這將帶來NVH風(fēng)扇噪聲加大的問題。
2）降低乘員艙制冷量Qevp或者降低用于電池包冷卻的熱量Qbat，從而減少冷凝器熱負(fù)荷，降低流經(jīng)冷凝器出風(fēng)溫度。但這將導(dǎo)致乘員艙制冷效果變差或電池包冷卻能力不足。電池包冷卻能力不足，電芯溫度過高時(shí)系統(tǒng)策略將限制充電功率以防止電池溫度過高，從而導(dǎo)致充電時(shí)間變長(zhǎng)。
對(duì)市場(chǎng)上幾款主流純電動(dòng)競(jìng)品車型，針對(duì)“雙開”工況進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試，試驗(yàn)在高溫環(huán)境模擬艙內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)環(huán)境溫度38℃，空調(diào)設(shè)置為最大制冷模式，陽(yáng)光輻射強(qiáng)度1000W/m2，充電功率為車輛允許的最大充電功率。試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，可發(fā)現(xiàn)在“雙開”工況下行業(yè)普遍存在散熱器水溫偏高、制冷效果差、充電時(shí)間長(zhǎng)等問題。各競(jìng)品多采用犧牲“雙開”工況下的空調(diào)制冷效果，以保證盡可能大的充電功率，降低充電時(shí)間。

注：因不同車企試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同，充電時(shí)間和空調(diào)面部溫度不做評(píng)價(jià)。一般乘員面部溫度24℃~28℃時(shí)較舒適，僅做參考。
2.2大數(shù)據(jù)調(diào)研
“雙開”工況與車輛使用的地理區(qū)域、環(huán)境溫度、用戶使用習(xí)慣、充電條件等多個(gè)因素有關(guān)，為研究“雙開”工況在用戶實(shí)際使用時(shí)出現(xiàn)的頻率，針對(duì)比亞迪兩款量產(chǎn)純電動(dòng)車型進(jìn)行了大數(shù)據(jù)調(diào)研，其中A車型在華南地區(qū)銷售較多，B車型在全國(guó)范圍銷售。通過大數(shù)據(jù)分析得到兩款車型用戶駕駛的實(shí)際環(huán)境溫度分布如圖6~7。在環(huán)境溫度≥35℃時(shí)，A車型出現(xiàn)“雙開”工況的比例為0.5%；B車型出現(xiàn)“雙開”工況的比例為0.03%。
綜上可知，高溫條件下的“雙開”工況在用戶實(shí)際使用中存在一定比例，此工況需要納入到純電動(dòng)車型熱管理性能的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系中。
3可行性方案評(píng)估
相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)，電機(jī)的熱效率高，總生熱量小，純電動(dòng)汽車的散熱器的液氣溫差小。分析某款純電動(dòng)汽車用的散熱器的散熱特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如圖8所示，發(fā)現(xiàn)在影響散熱器換熱能力的三個(gè)主要因素（液氣溫差，氣側(cè)流量，液側(cè)流量）中，液氣溫差對(duì)散熱能力的影響最大，氣側(cè)流量和液側(cè)流量影響較小。增加散熱器的液氣溫差是提升換熱能力的最有效手段?？紤]在高溫環(huán)境時(shí)，冷凝器內(nèi)介質(zhì)的平均工作溫度要高于散熱器內(nèi)介質(zhì)的工作溫度，因此可以考慮將散熱器置于冷凝器之前。從前格柵進(jìn)入的冷卻氣流先進(jìn)入散熱器，提高散熱器液氣溫差。經(jīng)過散熱器加熱后的氣流再進(jìn)入冷凝器。但這會(huì)導(dǎo)致冷凝器的散熱變差，可將散熱器尺寸減小，減小對(duì)冷凝器的遮擋，如圖9所示。為了驗(yàn)證散熱器前置方案對(duì)冷凝器進(jìn)風(fēng)量和進(jìn)氣溫度的影響，分別采用前艙內(nèi)流場(chǎng)三維仿真和冷卻系統(tǒng)一維仿真方法進(jìn)行研究。

4仿真驗(yàn)證
4.1前艙內(nèi)流場(chǎng)三維仿真分析
前艙內(nèi)流場(chǎng)仿真中對(duì)風(fēng)扇風(fēng)量的模擬精度非常重要，前人已經(jīng)針對(duì)仿真軟件中不同的風(fēng)扇模型，如MRF模型、風(fēng)扇動(dòng)量源模型及風(fēng)扇瞬態(tài)模型進(jìn)行了大量仿真和對(duì)標(biāo)工作[5,6,7,8]。在本文中采用STAR-CCM+軟件進(jìn)行仿真，風(fēng)扇模擬采用行業(yè)普遍應(yīng)用的MRF模型。該模擬方法在某車型的環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)中進(jìn)行了仿真對(duì)標(biāo)，采用陣列布置的（8葉片葉輪，測(cè)量范圍0.5m/s~30m/s，精度±1.5%）葉輪式風(fēng)速儀，風(fēng)速儀的布置位置在冷凝器前，如圖10所示，風(fēng)速的仿真誤差平均約10%，如圖11~12所示。


基于某款純電動(dòng)A級(jí)轎車模型進(jìn)行前艙內(nèi)流場(chǎng)仿真，分別對(duì)采用“散熱器前置”方案和“散熱器后置”方案的冷卻模塊的進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行仿真，其中“散熱器前置”方案中散熱器芯體尺寸按照芯體比傳統(tǒng)方案減小一半進(jìn)行CFD仿真分析對(duì)比，后續(xù)基于一維冷卻系統(tǒng)仿真模型精細(xì)化匹配分析散熱器前置后的芯體尺寸需求。
從進(jìn)氣格柵到冷卻模塊之間的進(jìn)氣通道采用傳統(tǒng)的密封方案，即在上下左右均設(shè)計(jì)獨(dú)立的拼接式的導(dǎo)流板，如圖13~14所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用“散熱器前置”方案可顯著提高冷凝器的通風(fēng)量，如圖15所示。
雖然散熱器前置后，會(huì)部分遮擋冷凝器，但由于散熱器減小，冷卻模塊由原來的兩層換熱器變?yōu)橐粚影?，整個(gè)模塊的流動(dòng)阻力降低，冷凝器的通風(fēng)量反而上升。
純電動(dòng)汽車對(duì)風(fēng)阻的要求通常更高，為減少前艙內(nèi)流阻力，進(jìn)氣格柵的開口面積明顯小于燃油車，通常只在前保險(xiǎn)杠下部設(shè)計(jì)進(jìn)氣格柵，只有冷卻模塊下部正對(duì)迎風(fēng)氣流，從而導(dǎo)致冷卻模塊表面的風(fēng)速均勻性要低于燃油車。而風(fēng)速均勻性的降低會(huì)使冷卻模塊的通風(fēng)量降低，因此如何提高散熱器和冷凝器表面的風(fēng)速均勻性也很重要。采用密封效果更好的全密封導(dǎo)流罩是一種很有效的措施，它可以減少前格柵冷卻氣流的泄漏，提高氣流經(jīng)過冷卻模塊的利用率。如圖16和圖18所示，該導(dǎo)流罩采用一體密封成型，密封效果優(yōu)于傳統(tǒng)的拼接式導(dǎo)流板。同時(shí)本文也考慮了將冷卻模塊傾斜布置的方案（簡(jiǎn)稱“散熱器前置+全密封罩+傾斜”方案，如圖17），圖19為不同方案的冷卻模塊進(jìn)風(fēng)量。圖20~23為車速0km/h、140km/h，冷卻風(fēng)扇全開時(shí)冷卻模塊傾斜方案對(duì)模塊風(fēng)速均勻度的影響。
綜上可知：
1）采用散熱器前置方案的冷凝器進(jìn)風(fēng)量，比散熱器后置方案增加4%~8%，其中車速0km/h時(shí)（對(duì)應(yīng)“雙開”工況）進(jìn)風(fēng)量增加比例可達(dá)6%。在不增加風(fēng)扇功率的前提下可有效提升冷凝器的進(jìn)風(fēng)量。
2）采用“散熱器前置+全密封罩”方案，可以減少?gòu)那案駯诺嚼鋮s模塊之間流道的氣流泄漏，冷凝器進(jìn)風(fēng)量可增加約17%。
3）采用“散熱器前置+全密封罩+傾斜布置”方案，冷凝器表面風(fēng)速均勻性提升明顯，冷凝器進(jìn)風(fēng)量可增加20.5%~22.6%。
4.2冷卻系統(tǒng)一維仿真分析
采用AMEsim軟件搭建電動(dòng)力總成冷卻系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的一維模型，研究不同冷卻模塊布置方案對(duì)空調(diào)能耗的影響。因?yàn)檠芯恐攸c(diǎn)在于不同冷卻模塊布置形式對(duì)散熱器散熱、冷凝器散熱和壓縮機(jī)功耗的影響，為了提高仿真效率減少不必要的變量，本次仿真模型中未建立電池包內(nèi)部詳細(xì)的冷卻系統(tǒng)模型，僅建立電池包板式換熱器模型用以模擬電池包熱負(fù)荷傳遞到空調(diào)冷媒系統(tǒng)的傳熱模型，如圖24。

在一維仿真模型中考慮環(huán)境溫度、車速、動(dòng)力總成熱負(fù)荷等變量，綜合評(píng)估不同整車負(fù)荷下的整車熱管理性能表現(xiàn)。首先為了確定散熱器前置對(duì)芯體尺寸的實(shí)際需求，利用一維仿真驗(yàn)證了不同散熱器芯體尺寸下電驅(qū)動(dòng)總成水溫，如圖25。綜合考慮減小前置散熱器的尺寸對(duì)冷凝器的遮擋效應(yīng)，“雙開”工況電驅(qū)動(dòng)總成水溫，以及高速大負(fù)荷時(shí)電驅(qū)動(dòng)總成的散熱需求，最終選定前置散熱器的芯體尺寸減小1/2的方案。

為了驗(yàn)證散熱器前置后對(duì)空調(diào)系統(tǒng)散熱能力影響，選取大負(fù)荷高速爬坡工況（環(huán)境溫度43℃，車速80km/h，爬坡度5%，陽(yáng)光輻照強(qiáng)度1000W/m2），對(duì)不同冷卻方案進(jìn)行一維仿真對(duì)比分析。
高速爬坡工況對(duì)電驅(qū)動(dòng)總成輸出功率需求較大，導(dǎo)致散熱器散熱負(fù)荷需求較大，因此分析高速爬坡工況下不同冷卻模塊方案對(duì)空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)能耗影響，具備較高的對(duì)比性和代表性。
在一維軟件中分析“散熱器前置方案”配合不同的導(dǎo)流密封方案及傾斜布置方案對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能耗影響，仿真結(jié)果顯示：高速爬坡工況下采用“散熱器前置+傳統(tǒng)導(dǎo)流密封”方案壓縮機(jī)能耗僅略微增加0.1%，而采用“散熱器前置+全密封”和“散熱器前置+全密封+傾斜”方案壓縮機(jī)能耗分別可降低3%和5%，如圖26。這主要得益于“全密封”對(duì)導(dǎo)流冷卻模塊導(dǎo)流密封性能提升和“傾斜布置”對(duì)冷卻模塊進(jìn)風(fēng)風(fēng)速均勻性提升兩個(gè)方面，最終實(shí)現(xiàn)冷凝器進(jìn)風(fēng)量顯著提高，如圖19。

為了全面驗(yàn)證“散熱器前置”、“全密封罩”及“傾斜”方案對(duì)電驅(qū)動(dòng)總成散熱影響，基于“雙開”工況、低速爬坡、高速爬坡和高速工況，分別在一維冷卻系統(tǒng)匹配模型中進(jìn)行仿真分析，評(píng)估結(jié)果如圖27~28。
采用“散熱器前置+全密封罩+傾斜”方案的電驅(qū)動(dòng)總成散熱器，雖然進(jìn)風(fēng)量比“散熱器后置方案”在不同的整車工況下進(jìn)風(fēng)量會(huì)損失50%~70%，但進(jìn)風(fēng)溫度同時(shí)可降低15℃~20℃，在水溫最高的“雙開”工況，水溫可降低19.6℃，在其它大負(fù)荷行車工況水溫可降低4~8℃。
綜上，采用“散熱器前置”方案不僅避免了“雙開”工況出現(xiàn)“風(fēng)加熱水”的問題，對(duì)空調(diào)能耗也基本無(wú)影響。而采用“散熱器前置+全密封罩”方案在不同的熱負(fù)荷工況下可顯著改善空調(diào)能耗3%~5%，如可進(jìn)一步傾斜布置，空調(diào)能耗可降低5%~10%。
5實(shí)車驗(yàn)證
5.1試驗(yàn)方案
冷卻模塊傾斜布置對(duì)前艙總布置空間的要求較高，改車難度大，下文試驗(yàn)部分僅針對(duì)散熱器前置和全密封導(dǎo)流罩方案，在實(shí)車上更換冷卻模塊進(jìn)行試驗(yàn)。驗(yàn)證方案及內(nèi)容如圖29所示。
注：
a)高溫能耗試驗(yàn)方法參照EV-TEST試驗(yàn)方法；
b)空調(diào)降溫性能試驗(yàn)方法參見《QC/T658-2009汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)性能道路試驗(yàn)方法》；
c)熱平衡性能試驗(yàn)方法采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
d)○代表對(duì)應(yīng)方案進(jìn)行此項(xiàng)性能試驗(yàn)
e)●代表對(duì)應(yīng)方案未進(jìn)行此項(xiàng)性能試驗(yàn)
為了提高對(duì)比試驗(yàn)的有效性，減小變差，針對(duì)單一方案的驗(yàn)證均保證以下對(duì)比因素：
1)使用同一車輛
2)同一環(huán)境艙
3)相同的測(cè)試傳感器
4)車輛試驗(yàn)前進(jìn)行充分保溫，保證乘員艙、電池包起始溫度一致
5)兩輪對(duì)比試驗(yàn)間隔時(shí)間盡可能短
5.2“散熱器前置”方案
（1）整車熱平衡性能
為了評(píng)估“散熱器前置”方案的電驅(qū)動(dòng)總成的散熱能力，首先進(jìn)行整車熱平衡性能試驗(yàn)，試驗(yàn)工況包括高速、高速爬坡、中速爬坡、低速爬坡、急加速減速及“雙開”工況，同時(shí)為了驗(yàn)證“散熱器前置”方案對(duì)不同環(huán)境溫度市場(chǎng)的適用性，同時(shí)針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)和中東市場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比，如圖30。在散熱器與冷凝器之間，以及未被散熱器遮擋的冷凝器前各布置3個(gè)T型熱電偶，用于測(cè)量冷凝器前的進(jìn)風(fēng)溫度，如圖31。分析數(shù)據(jù)可知：
1)在行車熱平衡工況下，“散熱器前置”方案中冷凝器局部（散熱器遮擋部分）進(jìn)氣溫度上升1.5℃~2℃，電驅(qū)動(dòng)總成水溫變化+2℃~-3℃，如圖32~33。
2)“雙開”工況，“散熱器前置”方案電驅(qū)動(dòng)總成水溫可降低10℃~20℃，如圖33。
3)行車熱平衡工況下壓縮機(jī)能耗增加0.2%~0.4%，如圖34。
“散熱器前置”方案在高速行駛和高速爬坡工況，水溫略高于“散熱器后置”方案，這主要和電驅(qū)動(dòng)總成生熱量相對(duì)于其它工況更大，而散熱器尺寸較小有關(guān)，但水溫均在要求范圍以內(nèi)，可以滿足全球最嚴(yán)酷的中東市場(chǎng)環(huán)境溫度要求。在“雙開工況”，電驅(qū)動(dòng)總成水溫明顯更低，可解決“散熱器后置”方案中東市場(chǎng)電驅(qū)動(dòng)總成水溫報(bào)警問題，同時(shí)對(duì)改善乘員艙制冷及電池冷卻效果有幫助，如圖33~35。
（2）整車空調(diào)降溫性能
在整車環(huán)境模擬艙內(nèi)進(jìn)行整車降溫性能試驗(yàn)，利用HIOKI功率分析儀（PW6001，功率測(cè)量精度±0.05%）采集壓縮機(jī)輸入端電壓、電流。從降溫效果及空調(diào)系統(tǒng)能耗兩個(gè)方面對(duì)“散熱器前置”方案進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析，評(píng)價(jià)子指標(biāo)主要包括：降溫速率、行車維溫、怠速維溫及壓縮機(jī)能耗等，通過試驗(yàn)對(duì)比分析結(jié)論如下：
1)乘員艙內(nèi)的制冷效果基本相當(dāng)；如圖36中乘員面部平均溫度的降溫曲線
2)由于兩次試驗(yàn)電池包冷卻的開啟時(shí)間長(zhǎng)度和能耗不同，“散熱器前置”方案的壓縮機(jī)能耗略低，但這無(wú)法表明其與冷卻模塊布置方案的關(guān)系；
3)冷凝器前（散熱器遮擋部分）的進(jìn)風(fēng)溫度上升＜1℃。

（3）高溫能耗試驗(yàn)
按照EV-TEST針對(duì)電動(dòng)車高溫續(xù)航測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)兩個(gè)方案分別進(jìn)行高溫能耗測(cè)試。試驗(yàn)共行駛10個(gè)NEDC循環(huán)（1個(gè)NEDC循環(huán)約11km）進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。
試驗(yàn)中針對(duì)能耗數(shù)據(jù)采集，通過HIOKI功率分析儀（PW6001，功率測(cè)量精度±0.05%）在配電箱輸入、輸出端采集電池包輸出端、壓縮機(jī)輸入端、電控輸入端、低壓DC輸出端的電壓、電流進(jìn)行，如圖37。

試驗(yàn)車型的電池包冷卻采用液冷方案，即在板式換熱器內(nèi)先用空調(diào)冷媒冷卻電池包的冷卻液，再用冷卻液循環(huán)冷卻電芯。
為了避免試驗(yàn)過程中可能因電池包冷卻狀態(tài)不一致導(dǎo)致的能耗差異問題，分別增加了一輪屏蔽電池包液冷的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)顯示“散熱器前置”方案能耗表現(xiàn)更優(yōu)，屏蔽電池冷卻后熱管理系統(tǒng)能耗（包括壓縮機(jī)能耗、電子風(fēng)扇能耗、空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)能耗、電子水泵能耗）可降低約5%，如圖38。

綜上，“散熱器前置”方案在整車熱平衡性能、整車空調(diào)降溫性能和高溫能耗方面存在很大優(yōu)勢(shì)，并可滿足中東等高溫市場(chǎng)的散熱需求，空調(diào)制冷能力相當(dāng)，而空調(diào)能耗更低。
5.3“全密封罩”方案
繼續(xù)對(duì)“全密封罩”方案進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證，在冷凝器前正對(duì)下格柵中間位置和冷凝器上部1/4位置各布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖39。試驗(yàn)顯示采用全密封罩對(duì)散熱和空調(diào)能耗改善明顯：

1)高溫能耗測(cè)試中，空調(diào)系統(tǒng)能耗降低8%，如圖40；
2)低速爬坡工況，電總成水溫下降6℃，壓縮機(jī)功率下降17%；
3)“雙開”工況下，空調(diào)制冷效果明顯改善，電池溫度明顯降低，充電時(shí)間減少42%，如圖41。這是由于“雙開”工況由于沒有迎面氣流，風(fēng)扇排出的部分熱風(fēng)會(huì)回到散熱器前，導(dǎo)致“熱回流”，而全密封導(dǎo)流罩可顯著改善熱回流，冷凝器前進(jìn)風(fēng)溫度明顯下降，如圖42。
4)


5.4“散熱器前置+全密封罩”的綜合影響
將“散熱器前置”和“全密封罩”進(jìn)行合并驗(yàn)證，在散熱器與冷凝器之間布置3個(gè)T型熱電偶，用于測(cè)量散熱器前置后冷凝器局部進(jìn)風(fēng)溫度，如圖43。試驗(yàn)方案及流程與前面兩輪試驗(yàn)保持一致。
最終方案驗(yàn)證結(jié)論如下：
1)高溫能耗工況下熱管理系統(tǒng)能耗可降低11.5%，如圖44。
2)“雙開”工況壓縮機(jī)功率可降低10%，電驅(qū)動(dòng)總成水溫可降低15℃，如圖45。
3)熱平衡大負(fù)荷爬坡工況下，壓縮機(jī)能耗可減小7%~7.88%，如圖46。
4)在行車熱平衡工況下，冷凝器局部（散熱器遮擋部分）進(jìn)氣溫度上升約0.5~1.5℃，如圖47所示。
綜上所述，采用“散熱器前置+全密封方案”不僅解決了“雙開”工況下電驅(qū)動(dòng)總成水溫高問題，同時(shí)對(duì)于改善高溫?zé)峁芾硐到y(tǒng)能耗有較大幫助。且“散熱器前置后”芯體尺寸可縮小一半，有利于冷卻模塊減重降本。另外，采用“散熱器前置+全密封方案”不需要額外提高電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和功率，不會(huì)影響整車NVH性能。
6總結(jié)
本文從純電動(dòng)車車型的熱管理特點(diǎn)和需求出發(fā)，結(jié)合用戶大數(shù)據(jù)信息，識(shí)別出純電動(dòng)車型在”雙開”工況下面臨的嚴(yán)峻的散熱挑戰(zhàn)，為了開發(fā)針對(duì)純電動(dòng)車型的冷卻模塊架構(gòu)，分別利用仿真分析和基于實(shí)車的試驗(yàn)對(duì)比，進(jìn)行充分詳細(xì)的論證。最后發(fā)現(xiàn)，“散熱器前置+全密封罩”方案可以很好的適用純電動(dòng)車型，不僅可以解決“雙開”工況的散熱挑戰(zhàn)，同時(shí)有利于降低高溫?zé)峁芾硐到y(tǒng)能耗。
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