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但無論多么熱鬧，從整車角度而言，電動(dòng)車熱管理系統(tǒng)的主要功能只是熱量傳遞和溫度控制。經(jīng)過多年的技術(shù)迭代，以冷卻水路循環(huán)為介質(zhì)，達(dá)到熱量傳遞目的的方案，正在逐漸成為主流。如前文所述，從其“二級(jí)傳熱系統(tǒng)”本質(zhì)出發(fā)，討論系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，是提升系統(tǒng)能力特別是降低系統(tǒng)能耗的基礎(chǔ)。 依據(jù)本文上半部分建立的模型，可以很容易的得到內(nèi)、外循環(huán)工況下，維持相同的乘員艙極限平衡溫度所需的加熱器功率的關(guān)系： 一般情況下，外循環(huán)氣流的換熱能力是車身外表面的1~3倍，因此外循環(huán)加熱功率為內(nèi)循環(huán)加熱功率的2~4倍，其具體數(shù)值主要跟出風(fēng)口風(fēng)量相關(guān)。除了為乘員艙補(bǔ)充新鮮空氣外，在低溫采暖工況下、外循環(huán)的主要作用為防止乘員艙起霧，從而影響駕駛員視線。 但是不同于燃油車，在電動(dòng)車中這種數(shù)倍的采暖功率需求的差異，正在逼迫工程師們開啟各種“腦洞”。其中最有效的方式，就是所謂的外循環(huán)混風(fēng)模式，也就是在外循環(huán)模式下，為空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)混合一部分室內(nèi)空氣，從而減少能耗的方法。另外，外循環(huán)采暖工況下，間歇性的開啟內(nèi)循環(huán)模式也是一種選擇。但是這些方法在工程中還存在起霧、回風(fēng)等一些問題需要解決。 其它的改善采暖能力的潛力，存在于導(dǎo)熱介質(zhì)（水路循環(huán)）中。首先，如下圖所示，減小水路的熱容，可以在一定程度上提高前期升溫過程的溫升速度，但是不會(huì)改變平衡溫度。 另外，應(yīng)用儲(chǔ)熱罐等裝置，提升導(dǎo)熱介質(zhì)（水路循環(huán)）的初始溫度，也可以得到類似的效果，如下圖所示。 以-20℃環(huán)境溫度和電芯初始溫度情況下的充電過程為例，假設(shè)系統(tǒng)的加熱功率和電芯的自發(fā)熱功率恒定，則可以得到電芯和傳熱介質(zhì)（水路）溫度及其變化速度在1h內(nèi)的情況如下圖所示。 完整的溫度變化過程由兩部分組成，前期約5%的時(shí)間內(nèi)為電芯加速升溫、介質(zhì)降速升溫階段；之后進(jìn)入近似的恒定速率升溫階段。實(shí)際上，在絕大部分工作時(shí)間中溫度變化近似為線性過程，是水冷電池包系統(tǒng)溫度變化的普遍規(guī)律，這是由于系統(tǒng)的絕大部分熱容都集中在電池包上所致。 應(yīng)用類似于改善乘員艙采暖能力的方法，改變導(dǎo)熱介質(zhì)（水路循環(huán)）的屬性，同樣可以改善電池包的溫度控制。而且，由于電池包升溫系統(tǒng)僅工作在準(zhǔn)線性升溫段，通過改變水路循環(huán)初始值，在加速升溫段獲得的電芯溫度提升優(yōu)勢(shì)，可以幾乎線性的維持在整個(gè)工作段內(nèi)。只是，由于在常見的真實(shí)結(jié)構(gòu)中，水路的熱容有限，提升其初始溫度對(duì)電芯溫度的提升僅有1-2℃；如果應(yīng)用固-液相變溫度大約在80℃的材料，制作大熱容的儲(chǔ)熱罐，其對(duì)電芯溫度的提升將會(huì)更加明顯。只是從重量、成本等因素考慮，這樣做是否合算還需要評(píng)估。 增加電池包外表面的隔熱能力，是另外一種提升其溫升速度的方法。并且，可以通過在電池包殼體內(nèi)側(cè)增加隔熱材料的方式，方便的實(shí)現(xiàn)。但是，如下圖所示，這種方式僅在加熱過程后期才有明顯的效果。并且，隨著環(huán)境溫度的提升，增加殼體隔熱能力的效果還會(huì)明顯的下降。
但是，這種極端工況，卻是一個(gè)小概率事件。 解決該矛盾的可能性，在于合理的利用電池包的熱容。也就是將電池包的初始溫度，維持在25℃左右，在不更改硬件參數(shù)的前提下，則熱管理系統(tǒng)基本可以維持充電結(jié)束后電池包溫度在40℃左右。這一功能的實(shí)現(xiàn)，可以通過控制系統(tǒng)智能預(yù)測(cè)可能需要超級(jí)快充功能時(shí)，比如用戶出現(xiàn)了查找超級(jí)充電樁的行為，系統(tǒng)則提前啟動(dòng)降低電池溫度來實(shí)現(xiàn)。或者可以簡(jiǎn)單的定義一種超級(jí)快充模式，由用戶自主選擇。 汽車風(fēng)阻開發(fā)的局限性
系統(tǒng)升溫和降溫過程的非線性特征，為減少風(fēng)扇開啟時(shí)間提供了可能性。如下圖所示，適當(dāng)?shù)奶嵘L(fēng)扇關(guān)閉的溫度閥值，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。例如，在下圖所示的情況下，將風(fēng)扇關(guān)閉的溫度閥值，從70℃提升至80℃，可以將風(fēng)扇開啟比例從55%降低到46%。并且，如果風(fēng)扇關(guān)閉閥值被設(shè)置在65℃以下，風(fēng)扇將可能不得不一直開啟。
（1） 乘員艙的外循環(huán)比例對(duì)溫度和能耗的影響。 （2） 電池包的巨大熱容。 （3） 散熱系統(tǒng)溫度的非線性變化。 合理的解決、利用這些矛盾，是純電動(dòng)車熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。  |
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