纯电动车热管理系统匹配设计研究

纯电动车热管理系统匹配设计研究

韩志锋

三一海洋重工有限公司 519050

摘要：近年来，在科技技术与生态保护持续发展的背景下，纯电动车行业迅速崛起。文章将以纯电动车热管理系统的匹配设计为研究对象，深入分析系统内部元件的性能参数。并结合电动车的参数信息，加强设计，为电动车乘员舱的采暖与制冷提供保障。热管理系统设计完成后进行整车环境模式试验，为驾驶员与乘车员提供舒适的车内环境，优化纯电动车使用者的体验。

关键词：系统设计；热管理；电动车；回路设计

引言：纯电动车的发展渐成趋势，在电池组与空调系统技术支持的背景下，纯电动车热管理系统的匹配设计得到加强。本文将从系统设计构想、硬件结构设计、系统匹配与整车试验等角度出发，不断优化纯电动车的热管理设计，使其系统功能得到完善，设计水平不断提高。

1 纯电动车热管理系统设计的构想

纯电动车在日常使用中，需要满足驾驶员的需求。尤其是四季变化明显的地区，需要电动车具备温度、湿度与出风量调节的功能。当前，电动车主要使用锂电池，电池容量较大，使用方便，热管理系统的匹配设计较为合理。由于锂电池组对温度较为敏感，低温环境会造成电池容量下降的问题。设计人员对电池组进行热管理，提高电池组的运行效率。首先，以电池降温、乘员舱降温、取暖为匹配设计出发点，不断优化热管理系统的功能，使其满足设计要求。电池降温经常使用自然风降温的方式，或通过热传导的原理，将热量转移，实现散热的目的。另外，采用水冷散热时，将冷却水注入电池组内部，使其与电池组之间进行换热，从而实现电池组降温的目的。其次，在乘员舱降温设计中，设计人员对汽车的制冷回路进行设计，不断驱动电动汽车压缩机，从而实现乘员舱降温的目的。最后，通过电动加热器的形式，为电动车中的水进行加热。暖风芯体热量上升，达到乘员舱采暖的目标。

2 纯电动车热管理系统匹配设计方案

2.1回路设计

2.1.1制冷回路

纯电动车的乘员舱冷回路设计原理与传统汽车相类似，如图一所示，设计人员将气态制冷剂进行压缩，在压缩机的作用下，制冷剂变为高温高压的制冷气体，可以广泛应用到乘员舱的制冷设计中。在制冷剂压缩完成后，气体进入冷凝器内，将气体冷凝为液体，便于其储存与使用。液体制冷剂进入膨胀阀，在节流降压的作用下进入蒸发器。制冷液体发生汽化，汽化过程中液体吸收空气大量的热量，从而达到乘员舱制冷降温的目的。设计人员为优化热管理系统，加强其匹配设计，通过电池组设计的形式，充分利用压缩机源动力，提高制冷效果[1]。另外，电池组制冷设计。压缩机内的制冷剂进入冷凝器内，在膨胀阀的作用下与热交换器进行交流。该设计原理与上述乘员舱冷回路设计类似，设计人员通过更换热交换器，有效代替蒸发器的作用，并增加水泵与电池组，提高电池组制冷效果。水泵将冷却液泵入电池组内部，以达到电池组降温的效果，满足电池组制冷回路并联设计的要求。

图一 乘员舱冷回路设计

2.1.2制热回路

纯电动车热管理系统匹配设计中，设计人员采用水加热器、水泵与暖风芯体等装置进行乘员舱采暖设计。首先，在电池组的支持下，乘员舱制热主要以水加热器为热源，电力供应充足，将热水泵入到水路中，不断循环，为乘员舱提供热能。水泵作为热水路循环的动力源，将高温热水泵入到各个位置，并将冷却液导入暖风芯体，在新风的作用下，将热量均匀吹入到乘员舱中，实现乘员舱采暖的目标。其次，在乘员舱采暖过程中，热管理设计人员极为重视电池组的加热处理。通过电池组加热回路设计，将电池组加热水回路独立，使其发挥热管理的作用。例如，某热管理系统设计者绘制回路设计图，通过添加热交换器、水泵与电池组装置，不断优化电池组加热回路。水加热器中的液体进入热交换器中，在两个水泵装置的作用下，将高温冷却液泵入到热交换器中。在水泵循环作用下，实现热能交换，将高温水与电池组的热量交换，实现电池组加热的目的。

2.2热负荷计算

纯电动车的热管理系统运行中，设计人员对系统内部元件的性能进行了解。为延长元件使用寿命，详细计算系统的热负荷，将热量控制在合理范围内，保证热管理系统的运行安全。首先，设计人员对电动车空调的热负荷进行科学计算。由于电动车长期在室外，车身与车窗会吸收太阳辐射的热量。结合新风热量、玻璃传导热量对电动车热负荷进行计算。例如，某地区夏季室外温度高达40摄氏度，车内温度为23摄氏度。电动车的运行速度为50千米每小时，太阳光照为1000瓦。设计人员利用上述信息，对机动车玻璃温差传热进行计算。根据公式：Q=A（tm-ti）K+MAC（μQb）计算玻璃传导进入室内的热量。其中A为电动车车窗的表面积，单位为平方米；tm为玻璃表面温度，ti为车内空气温度，单位为摄氏度。K是综合传热系数，单位为瓦每平方米摄氏度，该系数一般取值为6.4。μ则为校正系数，根据车窗玻璃的层数调整。C为玻璃的遮阳系数，M为玻璃的面积系数。Qb则为单层玻璃的太阳辐射强度，使用瓦每平方米表示。其次，计算人员对公式内的参数进行精准测量，对车内设施蓄热量与放热量进行详细计算，从而得到热管理系统的瞬态热负荷。由于温度的不断变化，设计人员为得到更加科学的热负荷量信息，采用绘制折线图的形式记录。每个折线信息显示出该时间段的瞬态热负荷，便于系统设计人员作出调整。最后，设计人员将系统热负荷信息有效统计，根据系统零部件的参数信息进行性能匹配，为整车试验提供可靠的数据支撑。

2.3耦合设计

热管理系统中的设计回路，主要是为实现电动车空调与电池组的功能，通过耦合设计的方式，不断提高系统稳定性。首先，设计人员在热管理系统回路设计的基础上增加一条水路，电池组制冷与乘员舱制冷提供支持。例如，某技术人员在空调即电池组热管理系统中安装电磁阀，使用电磁阀来控制回路的运行。在水加热器的作用下，热能进入循环回路中[2]。在电磁阀的控制下，热能进入暖风芯体，并与热交换器进行热能交换。耦合设计的优势在于减轻热管理系统的运行压力，将设计回路相连接，使其发挥综合管控的作用。其次，加强电池冷却制冷回路的耦合设计。动力电池为热交换器提供热能，使热交换器与膨胀阀之间相互作用，进行能量交换。交换完成后，膨胀剂进入冷凝器中，在电磁阀的控制下，冷凝气体进入膨胀阀中，从而形成闭合回路，为电动车制冷，达到热管理系统匹配设计的目的。另外，水泵在耦合设计中发挥重要作用，主要用于采暖回路设计中，热交换器将热能传输到水泵中，由水泵进行热能转移，为水加热器提供水资源。水泵为动力电池提供原动力，有效充当动能转换器的作用，提高电池组加热与制冷的效果。最后，耦合设计完成后，技术人员按照图纸内容与流程进行检验，保证耦合设计回路的功能稳定。在科技信息技术的支持下，检验人员对试验结果进行记录，得到可靠性的信息，为热管理系统的设计提供安全保障。

2.4整车试验

2.4.1部件选型

纯电动车热管理系统中零部件的选型工作极为重要，是系统匹配设计的重要环节。设计人员充分总结热负荷的计算结果，依据经验，将公式不断计算，为热管理系统的部件选型提供技术支撑。例如，某电动车热管理系统匹配设计人员，根据电动车的性能与实际使用情况，对系统内的关键零部件进行选型。根据热负荷计算公式，对电动车电能消耗量进行统计，从而确定电动车关键零部件的型号。在得到热负荷数值后，对电路中的各个装置性能参数进行设计。参数设计完成后，技术人员进行整车试验，对部件选型的科学性与合理性进行检验。另外，根据部件的性能参数，采购人员进行各类部件的采购。在采购环节中，对部件的参数信息进行精准检测，保证部件的合理使用。

2.4.2降温试验

在部件选型完成后，设计人员对环境模拟试验与路况数据作出可靠分析。试验人员对环境进行模拟，并展开路试，广泛收集大量的信息，为降温试验的开展提供理论依据。前期准备完成后，试验人员选择在室外温度40摄氏度的环境中展开试验[3]。在先进试验工具的支持下，设计人员对环境温度、湿度与光照信息完整掌握。并选择合理的空调面板模式，不断增加吹风面积与风量。同时，在试验过程中，试验人员控制压缩机转速，并将蒸发器温度传感器安装到位，为降温试验提供保障。另外，试验人员按照流程进行操作，控制机器的出风量。其中出风口的风速达到6.5米每秒，温度传感器显示出风温度在7摄氏度左右。试验结果表明：纯电动车热管理系统匹配设计较好，降温效果显著，满足系统稳定运行的要求。

2.4.3采暖试验

采暖试验开始前，将温度控制在零下二十度，选择没有光照的位置开启试验。试验过程中，技术人员对水加热器的功率变化与温度进行记录。通过建立坐标系的形式，将电池组的温度记录下来。其中横坐标主要代表时间，纵坐标表示温度。将电池组平均温度、水加热器功率与水加热器出水温度进行仔细记录，为采暖试验结果分析提供真实数据。试验人员对电池组与乘员舱的加热温度进行记录，为区分加热效果，将初始水温控制在较低的水平。同时，当电池组的温度达到某一设定值时，电池加热的回路会自动断开，出水温度明显上升。试验人员对此进行记录。试验进入45到60分钟阶段时，电池的放电量将会减小，温度上升将会进入怠速阶段。试验人员根据电池内部的发热量，对温度下降进行科学记录，满足采暖试验要求。试验进入60到80分钟阶段时，电池温度持续上升，试验人员对温度上升的详细信息进行记录。另外，热管理系统匹配设计人员参考上述方法，对充电加热试验进行分析，得到准确信息，为采暖试验的开展提供保障。

3 优化纯电动车热管理系统设计的有效路径

3.1加强设计人才培养

纯电动车的热管理系统较为复杂，匹配设计工作专业性较强，需要高质量人才保障。对此，相关产业加大系统设计人才的培养力度，优化热管理系统的设计。首先，企业人力资源管理部门按照岗位要求，不断提高人才录取标准，对报名人才进行资格审查，满足审查要求后方可正式进入企业。设计人员报名参加招聘会，通过学历与能力展示，得到面试官的高度认可。另外，企业开展人才培训活动，在培训活动中，加强锻炼人才专业技能。并以讲座、课程教育的形式进行人才培养，人才专业技能得到大幅度提升。其次，设置培训考核，考察设计人才能力。在考核活动中，设计人才需要根据要求进行回路设计，并对整车进行试验，得到准确的试验成果。考核人员根据人才表现，给出客观的评价。最后，企业对设计人才进行筛选，秉持着优胜劣汰的原则，整体提高设计人才队伍的质量。

3.2完善系统管理制度

电动车热管理系统工作环节较多，负责不同区域的人员所承担的责任也不同。为规范系统设计与管理，提高系统运行的稳定性，满足电动车车主的使用需求。企业通过完善责任制度的形式加强管理，提高系统运行的质量。例如，某企业对热管理系统设计人员提出要求，使其规范自身行为，提高管理技能，促进系统管理与发展。一旦出现系统匹配设计质量不佳的现象，按照责任制度要求，明确责任人，为系统设计安全提供保障[4]。另外，在先进科学技术的支持下，系统安全的检测工作更加可靠。部分系统检测人员不断利用先进技术手段，对热管理系统进行维护，发现问题及时整改，保证系统匹配设计的合理性与科学性，促进电动车行业的高质量发展。

结论：综上所述，文章通过对纯电动车热管理系统设计的构想进行分析，为系统的匹配设计提供方向与依据。设计人员通过回路设计、热负荷计算、耦合设计与整车试验等方式，不断提高热管理系统的稳定性，为纯电动车行业的可持续发展提供动力，促进绿色生态保护事业的发展。

参考文献：

[1]刘翔,黄朝明,唐学帮,等. 比亚迪E5热管理系统故障诊断探析及应用研究[J]. 桂林航天工业学院学报,2022,27(01):43-49.

[2]陈琦龙,孙建国,陈凯,等. 纯电动汽车电池管理系统国内外研究现状和发展趋势[J]. 现代车用动力,2022,(01):1-6+35.

[3]刘业凤,王君如,钟文轩. 纯电动车用CO2空调整车热管理系统仿真研究[J]. 农业装备与车辆工程,2022,60(01):29-33.

[4]王伟民,王小碧,徐人鹤,等. 纯电动汽车热泵型整车热管理系统开发技术研究[J]. 汽车工程学报,2021,11(06):434-441.