淺析新能源汽車(chē)集成化冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

1、淺析新能源汽車(chē)集成化冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理摘要：近年來(lái)，隨著全球石油存儲(chǔ)量越來(lái)越少，環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，此時(shí)新 能源汽車(chē)的出現(xiàn)較好解決了這些問(wèn)題，它憑借國(guó)家政策導(dǎo)向、政府新能源補(bǔ)貼、 綠色節(jié)能環(huán)保、噪音小和出行成本低等因素逐漸進(jìn)入了人們的視線。目前新能源 汽車(chē)正處于高速發(fā)展的階段，雖然面臨充電、安全等許多問(wèn)題，但隨著石油的減 少和大氣污染的嚴(yán)重化，以及國(guó)家對(duì)新能源汽車(chē)的大力支持，新能源汽車(chē)發(fā)展將 是大勢(shì)所趨。關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē)；集成化冷卻系統(tǒng)；設(shè)計(jì)原理1重要性新能源汽車(chē)是指除汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之外的所有其它能源車(chē)輛，主要包括： 燃料電池電動(dòng)汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)、油電混合動(dòng)力汽車(chē)、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)和太陽(yáng)能汽 車(chē)

2、等等。而在目前汽車(chē)市場(chǎng)上，純電動(dòng)汽車(chē)顯然成為了新能源車(chē)的領(lǐng)頭羊，油電 混合動(dòng)力和燃料電池汽車(chē)也占有一定的市場(chǎng)份額。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車(chē)廠 家通過(guò)提高續(xù)航里程、加大基礎(chǔ)設(shè)施的投入力度，以及通過(guò)技術(shù)解決電池的充電 速度、充電時(shí)間和電池的回收再利用等問(wèn)題，以使得電池的安全、組成成分等問(wèn) 題得到了一定改善，這樣看來(lái)，新能源汽車(chē)有望成為汽車(chē)發(fā)展的中堅(jiān)力量。2新能源汽車(chē)熱源概況按冷卻需求部位劃分，新能源汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)主要分布于動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 電控元件和車(chē)載空調(diào)等。其中，由于動(dòng)力電池和車(chē)載空調(diào)散熱量大，是冷卻系統(tǒng) 的最大消耗用戶。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)燃油（氣）汽車(chē)空調(diào)車(chē)載空調(diào)能耗約占整 車(chē)能耗的10%

3、-20%，新能源汽車(chē)車(chē)載空調(diào)能耗占比更高。此外，冬季時(shí)，新能源 汽車(chē)通常使用PTC加熱，加劇電量損耗，大幅降低新能源汽車(chē)的續(xù)航里程，屬于 宏觀上熱管理范疇。因此，效率較高的車(chē)載熱泵系統(tǒng)在新能源汽車(chē)車(chē)載空調(diào)具有 巨大前景。其次，新能源汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)是整車(chē)的能源，其工作環(huán)境溫度過(guò)高 或過(guò)低直接影響電池壽命和汽車(chē)的續(xù)航里程，甚至是影響人員和汽車(chē)的安全，因 此，動(dòng)力電池?zé)峁芾硪蟾鼮閲?yán)格。由于水冷具有換熱系數(shù)大、換熱效果好、冷 卻快，散熱均勻，波動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前新能源汽車(chē)通常運(yùn)用水冷方式對(duì)動(dòng)力電池 加以降溫冷卻。其冷卻原理為：新能源汽車(chē)運(yùn)行時(shí)，水流經(jīng)動(dòng)力電池，通過(guò)對(duì)流 換熱方式將電池產(chǎn)生的多余熱量帶

4、走，保證電池工作溫度維持在合理范圍。電機(jī) 方面，與動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)類(lèi)似，均采用液冷方式冷卻。不同之處在于動(dòng)力電池 系統(tǒng)以水作為冷卻介質(zhì)，而電機(jī)冷卻介質(zhì)換成水-乙二醇混合液，在電機(jī)定子的外 壁面通過(guò)冷卻水套對(duì)流換熱間接冷卻。轉(zhuǎn)到電控方面，隨著5G和人工智能無(wú)人 駕駛技術(shù)的發(fā)展，新能源汽車(chē)智能化程度日益提升，隨之帶來(lái)電控電子部件數(shù)量 和種類(lèi)大量增加，加劇冷卻需求。液冷仍是大功率電控設(shè)備的主要冷卻方案，小 功率電子設(shè)備則需合理優(yōu)化布局，創(chuàng)設(shè)低成本風(fēng)冷情景，最大化自然散熱效果。3新能源車(chē)空調(diào)系統(tǒng)分析3.1燃料電池余熱利用空調(diào)系統(tǒng)燃料電池發(fā)電裝置能夠?qū)⒒瘜W(xué)能有效轉(zhuǎn)換為電能，借助燃料與氧化劑實(shí)現(xiàn)， 轉(zhuǎn)化效

5、率高，其余轉(zhuǎn)化為廢熱與溫水、蒸汽。燃料電池屬于動(dòng)力源，利用能源效 率比常規(guī)內(nèi)燃機(jī)高，但燃料電池出現(xiàn)過(guò)熱后，其性能、工作效率直接降低。對(duì)此， 利用余熱為車(chē)輛供暖，其經(jīng)濟(jì)性、能量利用率明顯優(yōu)化。綜合考慮能源供應(yīng)與性 價(jià)比、生態(tài)環(huán)保等因素，研究結(jié)果表明氫是首選燃料。電解質(zhì)種類(lèi)多樣，可分為 熔融碳酸鹽類(lèi)，以及固體氧化物類(lèi)等，其中質(zhì)子交換膜燃料電池，工作電流相對(duì) 較大，能量效率高，且可在數(shù)秒時(shí)間內(nèi)完成冷啟動(dòng)，排出近80C的廢熱，多以吸 收式制冷空調(diào)系統(tǒng)為主，熱泵啟動(dòng)熱源，以燃料電池冷卻液為主。對(duì)此，吸收式 熱泵發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率消耗低，熔液泵需消耗部分電能。同時(shí)吸收式熱泵，其總需 求電能相比壓縮式熱泵高。為

6、滿足城市公交與大巴空調(diào)制冷需求，加強(qiáng)了對(duì)吸收 式制冷系統(tǒng)的創(chuàng)新，制冷劑以乙二醇和水為主，吸收劑以漠化鋰為主，吸收式制 冷系統(tǒng)熱動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，主要通過(guò)熱管理系統(tǒng)主管熱器，與制冷系統(tǒng)發(fā)生器的熱交換 實(shí)現(xiàn)。主換熱器上設(shè)置旁通支路，并連接變頻水泵，當(dāng)燃料電池?zé)崃窟^(guò)高，且由 空調(diào)制冷需求時(shí)，熱量能從旁通支路給予，確保燃料電池始終保持適宜溫度工況。 同時(shí)電池輔助器與吸收器等電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)器件的冷卻系統(tǒng)相同，車(chē)外風(fēng)冷式換 熱器與冷卻系統(tǒng)相通。燃料電池供暖系統(tǒng)的工作過(guò)程如下，截止閥打開(kāi)后，使電 池發(fā)動(dòng)機(jī)處于工作狀態(tài)，控制電池散熱器，通過(guò)中間換熱器，實(shí)現(xiàn)冷卻液從發(fā)動(dòng) 機(jī)出口處流至進(jìn)口處，由換熱器熱能沿著供暖管路持續(xù)

7、向車(chē)內(nèi)提供熱風(fēng)。3.2熱泵式空調(diào)系統(tǒng)熱泵式壓縮機(jī)是由獨(dú)立式電機(jī)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以及電動(dòng)壓縮機(jī)是 由電池組供電，不會(huì)影響汽車(chē)運(yùn)行安全性，同時(shí)也不會(huì)受到汽車(chē)運(yùn)行的干擾。熱 泵式空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用后，從車(chē)內(nèi)頂部吸入新鮮空氣，空氣加熱后，在擋風(fēng)玻璃內(nèi)完 成除霜處理，并吹出熱氣，即在內(nèi)部處理后由風(fēng)道左右兩側(cè)吹出。不僅節(jié)省能耗， 同時(shí)解決了車(chē)內(nèi)濕度大，空氣循環(huán)起霜等問(wèn)題，確保汽車(chē)行駛安全性及舒適性。 電動(dòng)汽車(chē)熱泵式空調(diào)系統(tǒng)由蒸發(fā)器完成除霜工作，由冷凝器提高空氣溫度，最后 向車(chē)內(nèi)提供熱氣，規(guī)避了結(jié)霜現(xiàn)象，不會(huì)影響汽車(chē)安全駕駛。在其基礎(chǔ)上，電子 膨脹閥受步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，合理控制閥門(mén)開(kāi)度、制冷劑流量，以及出口

8、空氣溫度 等。制冷系統(tǒng)適用于40C環(huán)境溫度、50%相對(duì)濕度、27C車(chē)室溫度的環(huán)境條件， 系統(tǒng)性能方面，1kW能耗，能夠獲取2.9kW制冷量。制熱系統(tǒng)適用于25C車(chē)室 溫度、-10C環(huán)境溫度，系統(tǒng)性能方面，1kW能耗，能夠獲取2.3kW制冷量。當(dāng) 處于低溫工況時(shí)，PTC熱敏電阻可發(fā)揮功用，能夠完成加熱處理，并控制空調(diào)制 熱效率，同時(shí)完成除霜工作。PTC加熱裝置，可通過(guò)車(chē)載蓄電池獲取直流電，安 裝離心式風(fēng)機(jī)，或軸流式風(fēng)機(jī)，加強(qiáng)風(fēng)道合理設(shè)計(jì)，可確保PTC發(fā)熱器周?chē)L(fēng)速 均勻，切實(shí)發(fā)揮裝置發(fā)熱性能。PTC元件的消耗功率與進(jìn)出風(fēng)口的風(fēng)速、溫度密 切相關(guān)，發(fā)熱量與風(fēng)速呈正相關(guān)。3.3冷卻液溫度過(guò)低冷卻液溫

9、度低于75攝氏度會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有良好的工作狀態(tài)，同時(shí)使燃油大 大增加。冷卻液溫度過(guò)低主要是因?yàn)楣?jié)溫器失效，使冷卻液不能進(jìn)行合適的循環(huán); 其二可能是汽車(chē)本身的冷卻液溫度表或傳感器失效;散熱器的風(fēng)扇不能正常工作或 駕駛者本人沒(méi)能提高檔位。在車(chē)本身沒(méi)有熱車(chē)進(jìn)行啟動(dòng)的時(shí)候，要使發(fā)動(dòng)機(jī)快速 運(yùn)轉(zhuǎn)，之后打開(kāi)水箱查看冷卻液的流動(dòng)速度，如果流速非常大而且快，就表示節(jié) 溫器或閥門(mén)不能?chē)?yán)密閉合，要及時(shí)更換節(jié)溫器;如果冷卻液溫度不高，但是用手摸 散熱片的時(shí)候溫度較高，再測(cè)量水溫也是在正常范圍值內(nèi)，這樣就要更換溫度表 或溫度傳感器;寒冷的冬天，我們要隨時(shí)檢查這些對(duì)冷卻系進(jìn)行散熱的裝置防止溫 度過(guò)低，車(chē)輛自身也要進(jìn)行自身保溫;隨時(shí)檢查風(fēng)扇離合是與溫控開(kāi)關(guān)是否會(huì)過(guò)早 的接合與關(guān)閉，如有異常應(yīng)及時(shí)更換裝置或進(jìn)行維修;如果在沒(méi)有熱車(chē)的情況下， 啟動(dòng)后風(fēng)扇就轉(zhuǎn)動(dòng)，則是溫控開(kāi)關(guān)不能良好的根據(jù)溫度控制風(fēng)扇，要立刻更換， 避免意外的發(fā)生。結(jié)語(yǔ)發(fā)展新能源汽車(chē)是上百年來(lái)汽車(chē)動(dòng)力技術(shù)的重大變革，是對(duì)汽車(chē)工業(yè)長(zhǎng)足發(fā) 展的巨大驅(qū)動(dòng)力，在發(fā)展的道路上