純電動(dòng)汽車制冷工況下電池直冷優(yōu)化設(shè)計(jì)

純電動(dòng)汽車制冷工況下電池直冷優(yōu)化設(shè)計(jì)摘要：針對(duì)某款純電動(dòng)汽車相對(duì)獨(dú)立的空調(diào)系統(tǒng)、電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、電機(jī)熱管理系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)一種滿足夏季制冷工況電池直冷的集成式熱管理系統(tǒng)。首先在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上搭建電池生熱模型，并且將電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中電池冷卻方式由液冷改為更高效的冷媒直冷，然后搭建一維整車熱管理系統(tǒng)優(yōu)化模型，并在新歐洲駕駛循環(huán)工況下仿真測(cè)試。仿真結(jié)果表明：采用電池直冷后整車熱管理系統(tǒng)對(duì)乘員艙、電池及其溫差都有更好的溫控效果，相比于液冷系統(tǒng)其制冷能隨著純電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，整車熱管理系統(tǒng)逐漸成為提高整車性能的關(guān)鍵所在[1]。現(xiàn)如今純電動(dòng)汽車的三大熱管理子系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)、電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、電機(jī)電控?zé)峁芾硐到y(tǒng)仍相對(duì)獨(dú)立，通過(guò)整合三大熱管理子系統(tǒng)提高能源利用率，對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展具有重要意義[2-4]。歐陽(yáng)東[5]設(shè)計(jì)了純電動(dòng)汽車熱泵空調(diào)與動(dòng)力電池組交互熱管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電池組的產(chǎn)熱量和空調(diào)制熱量交互利用。胡永軍[6]將空調(diào)冷媒通入電池直冷板中冷卻電池或者吸收電池?zé)崃?，系統(tǒng)可以在9種工作模式下進(jìn)行切換，滿足整車在各類復(fù)雜環(huán)境及工況下的熱管理需求。王戎等[7]設(shè)計(jì)了一種采用熱泵空調(diào)技術(shù)的燃料電池汽車整車熱管理系統(tǒng)，在冬季實(shí)現(xiàn)了燃料電池廢熱的利用，達(dá)到了降低整車能耗、提高續(xù)航里程的目的。動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的核心部件，需處于最佳工作溫度范圍內(nèi)[8]。隨著電池工作溫度逐步升高，其冷卻需求逐步提高，冷媒直冷是將空調(diào)回路的制冷劑導(dǎo)入電池直冷板，通過(guò)相變吸熱的方式吸走電池的熱量，其換熱效率是液冷單相換熱方式的3倍，且兩相流的溫度是恒定的，電池單體溫度均勻性更好[9-12]。本文針對(duì)某款純電動(dòng)車型整車熱管理系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立分開(kāi)，改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種綜合考慮三大子系統(tǒng)的集成式整車熱管理系統(tǒng)。首先，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立了電池生熱模型并驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性；然后，在AMEsim軟件中搭建一維整車熱管理系統(tǒng)模型，并在夏季高溫工況下仿真分析所建立模型的合理性；最后，對(duì)比分析了直冷與液冷方式對(duì)動(dòng)力電池和整車性能的影響，為電動(dòng)汽車整車熱管理系統(tǒng)的發(fā)展提供了一種思路。1鋰離子電池建模與仿真如圖1所示，鋰離子電池主要由3部正負(fù)電極、隔膜、電解質(zhì)。左邊是電池負(fù)極，右邊是電池正極[13]。放電時(shí)，電流從正極到負(fù)極，電子從負(fù)極到正極。首先，活性鋰從負(fù)極顆粒由內(nèi)向外擴(kuò)散，在負(fù)極固液相界面處發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)失去一個(gè)電子而生成鋰離子和電子。電子經(jīng)過(guò)電解液、集流體和外電路到達(dá)正極，鋰離子通過(guò)電解液、隔膜到達(dá)正極。在正極固液相界面處鋰離子和電子再次發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，鋰離子與電子結(jié)合生成活性鋰，活性鋰在正極顆粒由外向內(nèi)集中。圖1鋰離子電池工作原理示意圖鋰離子電池在充、放電過(guò)程中，正、負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)。電池正極反應(yīng)：-+AZBYEQ\*jc3\*hps15\o\al(\s\up5(放電),————學(xué))LiAZBY充電x電池負(fù)極反應(yīng)：xC6x電池總反應(yīng)：放電LiC+AZBY——學(xué)LiAZBY+6Cx6充電x在上述充、放電過(guò)程中，鋰離子在電解質(zhì)溶液里擴(kuò)散受到的阻力包括濃差極化內(nèi)阻和電化學(xué)極化內(nèi)阻（統(tǒng)稱為極化內(nèi)阻由于極化內(nèi)阻產(chǎn)生的熱量稱為極化熱；電子在外電路遷移和鋰離子穿過(guò)隔膜受到的阻抗統(tǒng)稱為歐姆內(nèi)阻，由于歐姆內(nèi)阻產(chǎn)生的熱量稱為焦耳熱。因此電池的產(chǎn)熱Qt可表達(dá)為：QP為電池極化熱；Qi為電池焦耳熱；I為電池放電電流；R1為電池的濃差極化電阻；R2為電池的電化學(xué)極化電阻；Ri為電池的歐姆內(nèi)阻。1.2二階RC等效電路模型的建立根據(jù)電池的充、放電原理和特性曲線，利用一后得到的電路與動(dòng)力電池具有相似的充、放電特性。本文建立的二階RC等效電路模型是在THEVENIN模型基礎(chǔ)上再串連一個(gè)RC容阻回路，對(duì)電池的模擬精確度更高，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2二階RC等效電路模型示意圖由基爾霍夫定律，電池放電時(shí)的輸出電壓：V=IR1(1-exp-t/R1C1)V2=IR2(1-exp-t/R2C2)式中：Vb為電池的開(kāi)路電壓，它與電池的荷電狀態(tài)量SOC有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；I為電池放電電流；Ri為電池的歐姆內(nèi)阻，描述電池充、放電過(guò)程中端電壓的突變過(guò)程；V1為電池的濃差極化電壓；R1為電池的濃差極化電阻，C1為電池的濃差極化電容，R1和C1構(gòu)成的容阻回路描述電池的濃差極化，表現(xiàn)為電池端電壓驟變后的快速變化現(xiàn)象；V2為電池的電化學(xué)極化電壓，R2為電池的電化學(xué)極化電阻，C2為電池的電化學(xué)極化電容，R2和C2構(gòu)成的容阻回路描述電池的電化學(xué)極化，表現(xiàn)為電池端電壓驟變后的緩慢變化現(xiàn)象。1.3模型參數(shù)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)電池模型參數(shù)的準(zhǔn)確辨識(shí)直接關(guān)系到模型的準(zhǔn)確性，從而影響電池生熱數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。從所建立的電池等效電路模型可知，共有6個(gè)待辨識(shí)22。電池的開(kāi)路電壓OCV和荷電狀態(tài)SOC有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，本文利用靜置標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲取兩者關(guān)系曲線，實(shí)驗(yàn)對(duì)象為32AH/3.7V的鋰離子電池。實(shí)驗(yàn)步驟如下：1)電池靜置：將電池處于滿電狀態(tài)下充分靜2)電池恒流放電過(guò)程快速標(biāo)定：把SOC等距分成10份，即一次放電10%,對(duì)電池以1C恒流放電6min,靜置1h,此時(shí)記錄電池的端電壓，即SOC為0.9時(shí)的開(kāi)路電壓，重復(fù)這個(gè)步驟10次，即可辨識(shí)出電池的開(kāi)路電壓。3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理：測(cè)量步驟2)中的放電靜置過(guò)程中的電壓值極大值，線性擬合曲線如圖3。圖3電池OCV與SOC對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線混合脈沖功率性能試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱HPPC)是在電池可用的充放電電壓范圍內(nèi)，使用一個(gè)包括放電和反饋充電脈沖在內(nèi)的測(cè)試制度來(lái)確定其動(dòng)態(tài)功率能力，其測(cè)試目的是得到電池容阻參數(shù)。具體的混合功率特性測(cè)試制度見(jiàn)表1所示。表1混合功率充放電特性測(cè)試制度時(shí)間增量/s累計(jì)時(shí)間/s電流/A00實(shí)驗(yàn)步驟如下：1)實(shí)驗(yàn)先以63A的大電流對(duì)滿電狀態(tài)的電池放電10s,接著靜置3min,使電池端電壓有一定的恢復(fù)；2)然后再以47A的電流充電10s,接著靜置3)再進(jìn)行一次定容恒流放電，加上脈沖過(guò)程中放出的容量總共放出10%的容量。重復(fù)上述步驟10次，得到HPPC循環(huán)測(cè)試試驗(yàn)的電流、端電壓響應(yīng)曲線如圖4。圖4HPPC測(cè)試電流及端電壓響應(yīng)曲線以SOC為60%作樣本，對(duì)電池等效電路模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。圖5為SOC為60%下的脈沖充放電電流及其端電壓響應(yīng)曲線。圖5脈沖充放電電流及其端電壓響應(yīng)曲線電池端電壓出現(xiàn)驟然下降是由于歐姆內(nèi)阻Ri所導(dǎo)致的，故此電路模型的歐姆內(nèi)阻可直接由歐姆定律得到，導(dǎo)入1~2段端電壓變化數(shù)據(jù)可以得到：放電過(guò)程中電池緩慢端電壓緩慢下降2~3階段可以看作2階RC電路零狀態(tài)響應(yīng)過(guò)程。其端電壓響應(yīng)方程：IR2(為電池的歐姆內(nèi)阻；R1為電池的濃差極化電阻；C1為電池的濃差極化電容；R2為電池的電化學(xué)極化2為電池的電化學(xué)極化電容。利用Matlab的CFTOOL擬合工具箱完成等效電路模型中剩余4個(gè)參數(shù)的辨識(shí)。由式(6)可知，電池在放電過(guò)程中輸出電壓會(huì)成指數(shù)函數(shù)的形式下降，故本文采用指數(shù)擬合法來(lái)擬合電池端電壓下降曲線，便可得到等效電路模型中2個(gè)的RC容阻回路的參數(shù)。在擬合時(shí)已經(jīng)知道電池SOC為60%狀態(tài)下的初始電壓，且已用歐姆定律計(jì)算得到電池的歐姆內(nèi)阻，故在Matlab擬合工具箱中輸入簡(jiǎn)化的自定義函數(shù)如下：((導(dǎo)入圖5放電階段2~3電壓緩慢下降數(shù)據(jù)，2。然后根據(jù)式(8)和式(9)即可求得C12。C2=(9)按上述方法對(duì)不同SOC狀態(tài)下的端電壓響應(yīng)曲線進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，求得的電池模型中各參數(shù)與SOC對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。1.4試驗(yàn)驗(yàn)證電池模型根據(jù)前文所建立的二階RC等效電路模型及模型參數(shù)辨識(shí)試驗(yàn)結(jié)果，在Simulink中搭建等效電路仿真模型結(jié)構(gòu)如圖6所示。表2電池二階RC模型參數(shù)SOCOCV/VRi/mΩR1/mΩC1/FR2/mΩC2/F圖6電池仿真模型結(jié)構(gòu)框圖使用不規(guī)則放電電流驗(yàn)證電池模型的準(zhǔn)確性，實(shí)測(cè)的端電壓變化曲線與仿真結(jié)果曲線如圖7所示。圖7電池放電電壓曲線與仿真曲線從圖7可以看出2條曲線重合度較高，經(jīng)計(jì)算最大誤差不超過(guò)5%,驗(yàn)證了電池等效電路模型仿真結(jié)果較為準(zhǔn)確。但電池等效電路模型的準(zhǔn)確搭建并不能說(shuō)明電池生熱模型的準(zhǔn)確性，需將電池等效電路模型參數(shù)設(shè)置到電池單體數(shù)據(jù)中并且不設(shè)置任何冷卻方式，在放電電流工況下仿真與電池恒溫箱的溫升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較驗(yàn)證電池生熱模型的準(zhǔn)確性。電池溫升實(shí)驗(yàn)步驟如下：濕度設(shè)置為40%。將充滿電狀態(tài)的電池放置恒溫實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)，擱置2h,使電池溫度與恒溫箱設(shè)定溫度保持一致。2)對(duì)電池1C恒流放電至截止電壓。3)放電后的電池在恒溫箱內(nèi)靜置2h,使電池溫度散熱至恒溫箱內(nèi)溫度。整理好放電過(guò)程中電池表面溫度數(shù)據(jù)。重復(fù)上述步驟且將放電電流依次改為2C和3C,仿真得到的電池溫升數(shù)據(jù)與在電池恒溫箱里測(cè)得的電池溫升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線如圖8所示。圖8電池放電溫升實(shí)驗(yàn)與仿真數(shù)據(jù)曲線從圖8看出，所建立的電池溫升模型仿真數(shù)據(jù)與電池溫升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在各種工況下誤差都在2AMESim模型搭建2.1集成式熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)本文是在原某款純電動(dòng)車熱管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。原車熱管理系統(tǒng)夏季制冷工況工作原理如圖9所示。圖9原車夏季工況熱管理系統(tǒng)工作原理示意圖整車熱管理系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)思路如下：1)重新設(shè)計(jì)兩換熱器參數(shù)，增加四通閥，將傳統(tǒng)空調(diào)改為熱泵空調(diào)，同時(shí)滿足乘員艙夏季制冷和冬季制熱需求，提高空調(diào)系統(tǒng)效率降低能耗。2)考慮電機(jī)余熱利用，將原相對(duì)獨(dú)立的電機(jī)ER處低溫液態(tài)冷媒吸收電機(jī)側(cè)高溫冷卻水。電控?zé)峁芾硐到y(tǒng)與熱泵空調(diào)系統(tǒng)耦合，ER處低溫液態(tài)冷媒吸收電機(jī)側(cè)高溫冷卻水。3)根據(jù)電池結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)電池直冷板，將電池冷卻方式由液冷改為冷媒直冷，提高電池冷卻速率和電芯溫度均勻性。改進(jìn)后的熱管理系統(tǒng)工作原理如圖10所示。圖10集成式熱管理系統(tǒng)工作原理示意圖2.2乘員艙熱負(fù)荷建模乘員艙熱負(fù)荷主要由內(nèi)部熱負(fù)荷和外部熱負(fù)荷兩部分組成，內(nèi)部熱負(fù)荷主要是指乘員人體向車內(nèi)散發(fā)熱量，外部熱負(fù)荷包括太陽(yáng)輻射和車外熱量透過(guò)車身傳遞到車內(nèi)。如圖11所示，在車頂、車身圍板處，外部熱量經(jīng)車身壁面?zhèn)鲗?dǎo)至車內(nèi)；在透明的車窗玻璃處，外部熱量不僅由熱傳導(dǎo)量[17]。計(jì)算相關(guān)傳熱系數(shù)如表3所示。圖11車身傳熱部件示意圖表3計(jì)算相關(guān)傳熱系數(shù)W/(m2·K)項(xiàng)目數(shù)值項(xiàng)目數(shù)值車頂玻璃車身側(cè)板太陽(yáng)輻射對(duì)于乘員艙熱負(fù)荷的計(jì)算，本文主要考慮6個(gè)影響因素，具體熱負(fù)荷理論計(jì)算公式為Q=QR+QS+QA+QB+QC+QP(10) 式中：QR外部熱環(huán)境經(jīng)車身頂板傳導(dǎo)至車內(nèi)的熱S外部熱環(huán)境經(jīng)車身側(cè)板傳導(dǎo)到車內(nèi)的熱量；QABC分別為太陽(yáng)透過(guò)前玻璃、側(cè)玻璃、后玻璃輻射到車內(nèi)的熱量；QP為車內(nèi)乘員人體散發(fā)熱量。車身壁面多屬均勻壁面，因此，它的傳熱可以按照多層均勻壁面?zhèn)鳠嵊?jì)算，計(jì)算公式如下：Q式中：Qi為傳熱量；Ki為傳熱系數(shù)；Fi為傳熱面H為車外空氣溫度；tB為車內(nèi)空氣溫度。其中含空氣夾層的車頂、車身圍板結(jié)構(gòu)的換熱系數(shù)Ki為Ki=1 HH為外表面放熱系數(shù)；αB為內(nèi)表面放熱系空氣夾層熱阻。在車窗玻璃處，由太陽(yáng)輻射引起的以輻射換熱傳入車內(nèi)的熱量為QG2=玻,其中U為車窗的太陽(yáng)輻玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射熱吸收系數(shù)；αH為外表面放熱系車窗外表面的水平太陽(yáng)輻射強(qiáng)度；Is為車窗外表面的平均垂直面輻射強(qiáng)度。2.3熱管理系統(tǒng)建模本文所研究的整車集成式熱管理系統(tǒng)重點(diǎn)在于分析夏季工況下將電池傳統(tǒng)的液冷方式優(yōu)化設(shè)計(jì)為電池直冷后的優(yōu)缺點(diǎn)，無(wú)論是電池液冷還是直冷，電機(jī)的散熱方式不會(huì)發(fā)生變化，故在搭建整車熱管理系統(tǒng)模型時(shí)考慮到簡(jiǎn)化模型和節(jié)省計(jì)算資源而忽略掉電機(jī)的散熱模型搭建。本課題擬將原車的傳統(tǒng)空調(diào)改型為熱泵空調(diào)，暫時(shí)不考慮冬季工況，直接取用原車空調(diào)系統(tǒng)模型參數(shù)。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、膨脹閥、車內(nèi)冷凝器、車外蒸發(fā)器、儲(chǔ)液瓶、截止閥等部件。壓縮機(jī)為固定排量壓縮機(jī)，直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)其兩端的電壓大小實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)；考慮到下一步冬季工況下熱泵空調(diào)制冷劑流向的改變，膨脹閥類型選用雙流向電子膨脹閥；冷凝器類型為微通道平行流換熱器，蒸發(fā)器類型為U行管板翅式換熱器。壓縮機(jī)質(zhì)量流量、焓流量和各換熱器傳熱相關(guān)理論計(jì)算不再贅述。各部件相關(guān)參數(shù)如表4—6所示。表4壓縮機(jī)、膨脹閥建模相關(guān)參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值壓縮機(jī)排量/mL壓縮機(jī)容積效率壓縮機(jī)等熵效率壓縮機(jī)機(jī)械效率膨脹閥最大水力直徑/cm膨脹閥最大節(jié)流面積/mm2膨脹閥壓降系數(shù)2表5冷凝器建模相關(guān)參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值翅片管寬度/mm翅片管深度/mm微通道橫截面積/mm2翅片長(zhǎng)度/mm翅片間距/mm翅片厚度/mm外部管高度/mm制冷劑側(cè)水力直徑/mm表6蒸發(fā)器建模相關(guān)參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值翅片板高度/mm翅片管深度/mm微通道橫截面積/mm2翅片長(zhǎng)度/mm翅片間距/mm翅片厚度/mm制冷劑側(cè)截面積/mm2制冷劑側(cè)水力直徑/mm本文所研究的純電汽車鋰離子電池單體額定電壓為3.7V,一個(gè)電池模組由10個(gè)電池單體串聯(lián)而成，10個(gè)電池模組串聯(lián)構(gòu)成總額定電壓為370V,總?cè)萘繛?0AH的電池包。在搭建完電池模型后的參數(shù)輸入處，將前文電池靜置標(biāo)定實(shí)驗(yàn)HPPC充放電實(shí)驗(yàn)得到的電池容阻參數(shù)輸入到該電池模型中。在對(duì)電池?zé)豳|(zhì)量塊建模時(shí)，為了分析電池包內(nèi)單體溫度均勻性，故要在一個(gè)模組內(nèi)搭建10個(gè)電池單體，然后封裝成一個(gè)模組后與其他模組相串聯(lián)。10個(gè)模組各自與電池直冷板相連傳遞熱量，熱質(zhì)量塊之間通過(guò)熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)熱量交換，并且將考慮到車速的電池與環(huán)境對(duì)流換熱也搭建在模型中。電池直冷板材料為純鋁，其流道長(zhǎng)度、換熱面積及水力直徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)都是實(shí)際測(cè)量。電池及其直冷板熱物性相關(guān)參數(shù)如表7所示。表7電池及其直冷板熱物性相關(guān)參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值電池比熱容/(J·(kg·K-1))電池?zé)釋?dǎo)率/(W·(m·K)-1))電池直冷板與電池包接觸面積/mm2電池直冷板與電池包接觸熱阻/(℃·W-1)電池直冷板流道長(zhǎng)度/mm水力直徑/mm52.4整車動(dòng)力系統(tǒng)建模整車動(dòng)力系統(tǒng)模型包括整車及其控制器、駕駛員、驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其中，整車模型需要對(duì)車輛參數(shù)制動(dòng)參數(shù)；駕駛員模型的作用在于設(shè)定汽車的行駛工況下控制車輛的工作狀態(tài)。整車控制器用于接受駕駛員、電池、電機(jī)的信息，經(jīng)處理后向電機(jī)控制器和整車模型發(fā)送指令。建模相關(guān)參數(shù)如表8—10所示。表8整車建模相關(guān)參數(shù)參數(shù)值整備質(zhì)量/kg軸距/mm空氣阻力系數(shù)傳動(dòng)效率表9電動(dòng)機(jī)建模相關(guān)參數(shù)參數(shù)值類型最大轉(zhuǎn)矩/(N·m)最大功率/kW永磁同步電機(jī)表10輪胎建模相關(guān)參數(shù)參數(shù)值輪胎規(guī)格滾動(dòng)阻力系數(shù)215/55R173仿真結(jié)果乘員艙熱負(fù)荷模型、空調(diào)及電池直冷系統(tǒng)模型、整車動(dòng)力性模型共同組成了純電動(dòng)整車熱管理系統(tǒng)AMEsim仿真模型，如圖12所示。以NEDC工況作為測(cè)試工況，開(kāi)展系統(tǒng)的制冷測(cè)試驗(yàn)證所建立模型的合理性，并與原傳統(tǒng)液冷系統(tǒng)對(duì)比分析該系統(tǒng)的優(yōu)越性。NEDC仿真工況如圖13所示。圖12整車熱管理系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)框圖圖13NEDC仿真工況曲線為模擬夏季高溫工況，在AMEsim軟件中設(shè)置太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為1000W/m2,太陽(yáng)輻射角度為相對(duì)地平線90°。環(huán)境初始溫度分別設(shè)置為35、致，考慮到夏季乘員艙的密閉性和熱傳導(dǎo)性，乘員艙初始溫度應(yīng)略高于環(huán)境溫度，車輛運(yùn)行工況設(shè)置為NEDC工況。上述條件下進(jìn)行仿真測(cè)試，得到圖14乘員艙溫度變化曲線。當(dāng)乘員艙初始溫度分別設(shè)置為40、45、50℃時(shí)，首次達(dá)到目標(biāo)溫度所需的時(shí)間分別為109、123、157s,同時(shí)不同的環(huán)境溫度在最終達(dá)到平衡時(shí)的溫度不一致，當(dāng)外界環(huán)境溫度越高時(shí)，其平衡溫度就越高。在本次仿真中最后的穩(wěn)定溫度分別溫NEDC工況下，乘員艙溫度能迅速降低至目標(biāo)溫度，并且在后續(xù)的車輛運(yùn)行過(guò)程中其溫度始終保持在合理范圍內(nèi)，不隨車速的改變而產(chǎn)生巨大波動(dòng)。圖14乘員艙溫度變化曲線與乘員艙溫度變化曲線相比，電池的溫度變化更劇烈，這是因?yàn)殡姵氐纳鸁崃侩S著車速的變化而變化，如圖15所示。車輛在初始行駛階段，電池在冷媒吸熱的作用下迅速降低至目標(biāo)值，電池首次達(dá)到最佳溫度25℃所需的時(shí)間分別61、郊區(qū)高速工況下，電池的生熱量要大于直冷板的散熱量，在此階段電池的溫度升高至最大值36℃左右，在隨后的減速停車階段，電池的散熱量大于生熱量，溫度也隨之迅速降低?？傮w來(lái)看，電池的溫度在第一次達(dá)到目標(biāo)值后雖有所波動(dòng)，但其最高溫度仍在目標(biāo)域值內(nèi)。圖15電池溫度變化曲線在不同的環(huán)境溫度下SOC變化曲線如圖16,環(huán)境溫度越高時(shí)，乘員艙所需的制冷量越大導(dǎo)致電池SOC下降值越大。當(dāng)設(shè)置初始環(huán)境溫度分別84.6%、82.9%,電量損耗在合理范圍內(nèi)，在NEDC后期的郊區(qū)工況下，隨著車速的增加導(dǎo)致耗電量越大，電池的SOC下降速率越大。圖16電池SOC變化曲線3.2直冷與液冷仿真對(duì)比圖17為電池直冷與液冷降溫曲線。在電池初始溫度設(shè)置為35℃下降溫分析，可以看出電池采用直冷降溫速率更快，第一次達(dá)到目標(biāo)值的時(shí)間分別為140、357s,并且采用直冷冷卻方式的電池平均溫度26.3℃,低于采用液冷方式電池平均溫度28.9℃。但采用直冷方式電池溫度波動(dòng)更劇烈，這是因?yàn)橹崩浒鍍?nèi)冷媒的質(zhì)量流量是隨著整車工況波動(dòng)，但采用液冷方式冷媒的制冷量先傳遞給冷卻液，使得對(duì)電池制冷能力的變化沖擊更小。圖17直冷與液冷電池溫度變化曲線為分析電池包內(nèi)單體溫度均勻性，選取一個(gè)模組內(nèi)位置處于直冷板前端和直冷板后端的電芯，即溫差最大的2個(gè)電芯做差值計(jì)算得到溫差曲線如圖18。電池液冷溫差明顯高于電池直冷溫差，這是因?yàn)橹评鋭┰谥崩浒鍍?nèi)蒸發(fā)時(shí)處于溫度恒定的兩相流狀態(tài)，而液冷方式的冷卻液在流程過(guò)程中吸熱而溫度上升，所以采用直冷方式后的電池溫度均勻性明顯優(yōu)于液冷。圖18直冷與液冷電池溫差變化曲線為分析電池直冷與液冷對(duì)整車能耗的影響，設(shè)置初始環(huán)境溫度為35℃,整車運(yùn)行工況設(shè)置NEDC工況，得到如圖19所示SOC變化曲線。最86.3%、83.2%采用電池直冷后的熱管理系統(tǒng)整車電能消耗可降低3.1%。對(duì)比分析熱管理系統(tǒng)制冷能效比EER:EER=Qe/Ws(14)壓縮機(jī)功耗；Qb為電池直冷板或電池液冷CHIL