姚朝華　韓友國(guó)

摘 要：電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)可以給乘客提供一個(gè)良好的乘車(chē)環(huán)境，并能夠防止車(chē)窗玻璃結(jié)霜，使駕駛員保持清晰的視野，為安全駕駛提供基本保證。本文通過(guò)整車(chē)空調(diào)采暖、降溫、除霜、除霧、高溫舒適性和低溫舒適性等幾個(gè)試驗(yàn)，通過(guò)客觀數(shù)據(jù)與主觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，全方位、多維度的整車(chē)空調(diào)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē) 空調(diào)系統(tǒng) 性能

Study on the Thermal Runaway of Lithium-ion Battery for Electric Vehicle

Yao Chaohua Hua Youguo

Abstract：The electric vehicle air-conditioning system can provide passengers with a good riding environment， and can prevent the window glass from frosting， so that the driver can maintain a clear vision and provide basic guarantee for safe driving. In this paper， through several tests of vehicle air-conditioning heating， cooling， defrosting， defogging， high temperature comfort and low temperature comfort， through the combination of objective data and subjective evaluation， comprehensive and multi-dimensional vehicle air conditioning performance is evaluated.

Key words：electric vehicle air conditioning system performance

1 引言

近年來(lái)，由于政府支持及各行業(yè)的不懈努力，電動(dòng)汽車(chē)得到大力發(fā)展[1]。汽車(chē)空調(diào)作為電動(dòng)汽車(chē)不可分割的一部分，可以對(duì)汽車(chē)內(nèi)空氣的溫度、濕度、清潔度、風(fēng)度和通風(fēng)等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，并使車(chē)內(nèi)空氣以一定的速度和方向流動(dòng)，給乘客提供一個(gè)良好的乘車(chē)環(huán)境，保證在各種外界氣候和條件下使乘客都處于一個(gè)舒適的空氣環(huán)境中，并能夠防止車(chē)窗玻璃結(jié)霜，使駕駛員保持清晰的視野，為安全駕駛提供基本保證。因此，不管是傳統(tǒng)的燃油車(chē)還是電動(dòng)汽車(chē)，空調(diào)系統(tǒng)都極為重要。

電動(dòng)汽車(chē)車(chē)內(nèi)一個(gè)運(yùn)行良好的空調(diào)系統(tǒng)可用溫度、濕度、空氣流動(dòng)性、換氣性能、空氣質(zhì)量和舒適度等幾方面的數(shù)據(jù)來(lái)衡量。本文通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)空調(diào)采暖、降溫、除霜、除霧、高溫舒適性和低溫舒適性等幾個(gè)試驗(yàn)，全方面、多角度的評(píng)價(jià)整車(chē)空調(diào)性能。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 試驗(yàn)說(shuō)明

本文在整車(chē)高低溫環(huán)境模擬倉(cāng)（型號(hào)瑞灝翔 GDWHJ1000）進(jìn)行，共開(kāi)展降溫、采暖、除霜、除霧以及室內(nèi)高溫、低溫舒適性評(píng)價(jià)6個(gè)試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)工況（表1）

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)前，需要對(duì)整車(chē)進(jìn)行溫度、電壓和壓力采集。試驗(yàn)過(guò)程中，需要全程監(jiān)控各參數(shù)變化。

（1）電壓采集：鼓風(fēng)機(jī)電壓、冷卻風(fēng)扇電壓;

（2）壓力采集：空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)出口的高低壓。

（3）溫度采集：座艙內(nèi)部與外部。①內(nèi)部溫度傳感器布點(diǎn)主要有：空調(diào)外循環(huán)進(jìn)風(fēng)口溫度、空調(diào)內(nèi)循環(huán)回風(fēng)口溫度、出面出風(fēng)口溫度、腳部出風(fēng)口溫度、除霜除霧出風(fēng)口溫度、座椅頭部溫度和座椅腳部溫度。②外部主要有：環(huán)境溫度、冷凝器前后溫度、壓縮機(jī)進(jìn)/出口溫度、冷凝器進(jìn)/出口溫度、膨脹閥進(jìn)/出口溫度、PTC進(jìn)/出水進(jìn)口溫度、蒸發(fā)器前/后溫度。

3 結(jié)果分析

3.1 最大采暖性能

電動(dòng)汽車(chē)的空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)力全部來(lái)自于動(dòng)力電池蓄電池。空調(diào)系統(tǒng)的能耗直接影響著整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性和續(xù)駛里程[2]。不論是夏季制冷還是冬季采暖，空調(diào)都是純電動(dòng)汽車(chē)的能耗大戶(hù)，冬季采暖尤為明顯[3]。寒冷的冬季，汽車(chē)空調(diào)可以給車(chē)內(nèi)駕乘員提供足夠的溫暖，避免低溫使駕駛員四肢僵硬，給行車(chē)帶來(lái)安全隱患。

傳統(tǒng)汽油車(chē)采暖使用的發(fā)動(dòng)機(jī)余溫提供熱源，而本文中所述的電動(dòng)汽車(chē)采暖是用PTC直接加熱空氣，車(chē)外冷空氣經(jīng)過(guò)熱加熱器表面，將空氣加熱，并送入車(chē)內(nèi)，這種方案的成本較低。為了驗(yàn)證采暖的最大性能，本文在城市低速道路+停車(chē)+高速道路三種工況連續(xù)進(jìn)行，觀察車(chē)內(nèi)外座艙各溫度點(diǎn)的變化。

如圖1所示，-18℃外溫，40km/h時(shí)，40min內(nèi)車(chē)內(nèi)平均溫度從-18℃上升到25℃，基本可以達(dá)到舒適;怠速時(shí)，溫度持續(xù)上升到29℃，最后切換到100km/h時(shí)，車(chē)內(nèi)平均溫度穩(wěn)定在31℃。在整個(gè)80min的試驗(yàn)中，前40min空調(diào)系統(tǒng)給車(chē)內(nèi)創(chuàng)造了相對(duì)溫度的環(huán)境，溫度變化速率從最大的0.09℃/s→0.05℃/s→0.03℃/s→0.01℃/s→0℃/s，最終趨于穩(wěn)定。此款空調(diào)系統(tǒng)不僅溫度上升快，到試驗(yàn)結(jié)尾時(shí)仍可以維持適宜駕乘人員的溫度。

3.2 最大降溫性能

與采暖試驗(yàn)相同，降溫試驗(yàn)，需要模擬夏季實(shí)際使用環(huán)境。首先將整車(chē)在40℃環(huán)境模擬倉(cāng)中，高溫暴曬2h，當(dāng)環(huán)境倉(cāng)內(nèi)頭部平均溫度達(dá)到65℃時(shí)開(kāi)展試驗(yàn)。本文采用靜止條件下全冷模式降溫30min，比整車(chē)在低速或高速時(shí)運(yùn)行，工況更加嚴(yán)苛。

如圖2所示，40℃外溫，全冷、內(nèi)循環(huán)，車(chē)內(nèi)平均溫度30min內(nèi)從54℃下降到27℃;而當(dāng)轉(zhuǎn)換為外循環(huán)時(shí)，車(chē)內(nèi)平均溫度開(kāi)始緩慢上升，30min時(shí)，穩(wěn)定在31℃。從主觀評(píng)價(jià)角度，當(dāng)外溫40℃，車(chē)內(nèi)平均溫度31℃，舒適度等級(jí)：微熱。這種情況下，需要考慮空調(diào)的制冷效果和制冷能力是否達(dá)到最優(yōu)，比如制冷劑充注量是否足夠，空調(diào)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速是否可以加大，HVAC制冷能力是否最優(yōu)等因素。

3.3 除霜除霧性能

汽車(chē)的除霜除霧性能必須要滿(mǎn)足GB 11555強(qiáng)制性法規(guī)，主要用于恢復(fù)駕駛員視野。除霜是為了融化汽車(chē)風(fēng)窗玻璃外表面的霜或冰，除霧則是用于消除風(fēng)窗玻璃內(nèi)表面的霧或內(nèi)表面凝結(jié)物，除霜除霧兩個(gè)系統(tǒng)用的同一個(gè)風(fēng)道，同一個(gè)出風(fēng)口。兩個(gè)系統(tǒng)考核的性能指標(biāo)也大體相同。

除霜在-18℃環(huán)境下，在人工制霜結(jié)束后，需每隔5min記錄下前風(fēng)窗玻璃除霜的消散軌跡;而除霧則是在-3℃環(huán)境下，每隔1min記錄下前風(fēng)窗玻璃內(nèi)表面的霧的消散軌跡。

如圖3所示，左圖為前擋風(fēng)玻璃除霜軌跡消散圖，20min時(shí)前風(fēng)窗A區(qū)消散面積已達(dá)到100%，B區(qū)的消散面積也在25min時(shí)達(dá)到100%。右圖為前擋風(fēng)玻璃除霧軌跡圖，A區(qū)、B區(qū)除霧分別在5min和7min時(shí)，100%消散。兩個(gè)系統(tǒng)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 高溫舒適性評(píng)價(jià)

高溫舒適性通常在每年7～8月，在我國(guó)海南或新疆吐魯番夏季試驗(yàn)中進(jìn)行。由于道路試驗(yàn)在室外進(jìn)行，受空間與氣候條件的限制，自然條件不可控，成本高、周期長(zhǎng)，試驗(yàn)重復(fù)性和一致性差。而在室內(nèi)環(huán)境模擬倉(cāng)進(jìn)行的試驗(yàn)，可以不受自然條件的約束，隨時(shí)開(kāi)展，減少項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期。

高溫舒適性評(píng)價(jià)，通常主要進(jìn)行市區(qū)工況（快速降溫20min+溫度維持20min）、市郊工況（高速20min）、靜止（20min）三個(gè)連續(xù)工況。采用人體對(duì)溫度的冷熱感知，按照主觀評(píng)價(jià)七分制進(jìn)行評(píng)分，身體各部位及整體均需進(jìn)行評(píng)價(jià)，高溫以面部、整體評(píng)分為主。當(dāng)評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)在-0.5分～0.5分之間，屬于舒適性區(qū)間;評(píng)分在0.5分～1分之間，舒適性可接受。評(píng)分在1～3，不可接受。

如表2所示某純電動(dòng)汽車(chē)的高溫舒適性主觀評(píng)價(jià)打分表，40℃環(huán)境下，快速降溫階段，試驗(yàn)進(jìn)行20min時(shí)，前排主副駕均達(dá)到舒適，副駕膝部與腳部微熱。舒適性維持階段，100km/h時(shí)，微熱，舒適性不能維持。保溫階段溫度明顯上升，舒適性降低。本款電動(dòng)車(chē)高溫舒適性可接受。

3.5 低溫舒適性評(píng)價(jià)

低溫舒適性采用與高溫舒適性評(píng)價(jià)一致的評(píng)價(jià)原則。低溫以腳部、整體評(píng)分為主。當(dāng)評(píng)分在-0.5～0.5時(shí)，屬于舒適性區(qū)間;評(píng)分在-0.5分～-1分之間，低溫舒適性可接受，稍冷。評(píng)分在-3～-1，很冷，低溫舒適性不可接受。

4 小結(jié)

本文僅闡述了衡量空調(diào)溫度性能的幾個(gè)基礎(chǔ)試驗(yàn)，但評(píng)價(jià)一輛汽車(chē)的空調(diào)系統(tǒng)的性能好壞，不僅僅只看空調(diào)的制冷和采暖能力，還有幾個(gè)指標(biāo)需要考慮：①濕度。人體感受最舒適的相對(duì)濕度范圍在50%～70%，尤其夏季，需要時(shí)刻將空氣的濕度保持在此范圍內(nèi)，維持人體舒適度。②空氣的清新度。汽車(chē)空間有限，在夏季或冬季持續(xù)開(kāi)空調(diào)極易產(chǎn)生缺氧或二氧化碳濃度過(guò)高，而且道路中的粉塵等極易造成車(chē)內(nèi)空氣混濁，影響加乘人員的健康，因此需要對(duì)過(guò)濾功能進(jìn)行測(cè)試，保證艙內(nèi)空氣清新度。③人機(jī)交互、操作界面，簡(jiǎn)明方便。不能影響駕駛視線，給駕駛?cè)藛T增加負(fù)擔(dān)。

參考文獻(xiàn)：

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