傳統(tǒng)汽車與純電動汽車的冷卻系統(tǒng)對比以及優(yōu)化問題分析目錄TOC\o"1-3"\u1汽車?yán)鋮s系統(tǒng)概述 摘要：本文主要講述了傳統(tǒng)汽車與純電動汽車?yán)鋮s方式的介紹以及兩種不同類型汽車?yán)鋮s系統(tǒng)組成部件的差異、驅(qū)動方式和對汽車造成的影響進行剖析。傳統(tǒng)汽車主要冷卻發(fā)動機、渦輪增壓、變速器等部件。而純電動汽車主要冷卻動力電池、動力電機、等部件。對純電動汽車中動力電池的冷卻方式一直是個大問題，對于動力電池內(nèi)部冷卻路徑進行分析以及設(shè)計，將動力電池冷卻效果達(dá)到理想狀態(tài)。利用車輛移動與空氣的相對運動形成的自然風(fēng)強制對流換熱。關(guān)鍵詞：冷卻方式；純電動汽車；東力電機；熱管理系統(tǒng)；1緒論1.1發(fā)展歷史人體溫度需要維持在37C°才能生活，溫度下降需要升溫，溫度升高需要降溫。汽車在工作時也是需要降溫的，其中發(fā)動機溫度超過2000攝氏度。汽車動力系統(tǒng)作為汽車的核心，其中大部分都是金屬部件，這些部件在工作中受熱，熱效率會使部件的物理性能發(fā)生改變，從而達(dá)不到所需要的效果【1】。汽車最原始的冷卻系統(tǒng)使用的是自來水，這個冷卻系統(tǒng)是基于水的自然物理特性來冷卻和冷卻。系統(tǒng)沒有方式對于水溫以及水容量進行主動的調(diào)節(jié)，也無法針對實際情況進行狀態(tài)調(diào)整。所以在車輛啟動以后需要長時間的熱車才能夠保證正常工作。較低的天氣溫度可能會導(dǎo)致低溫度引擎出現(xiàn)故障。到1910年，汽車發(fā)動機開始使用水泵通過循環(huán)輸送冷卻液和冷卻發(fā)動機。汽車在1922年已經(jīng)建立起了基本完整的冷卻系統(tǒng)。到了1938年汽車發(fā)動機開始嘗試使用銅制的水箱來進行散熱和冷卻【2】。到了上個世紀(jì)70年代以后大量的釬焊式水箱開始運用在汽車發(fā)動機的工作過程中。進入21世紀(jì)以后寶馬針對所有的車型都升級了冷卻系統(tǒng)，選擇無主片全鋁水箱作為主要結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計方案可以降低水箱的空間占用率，并且整體水箱的質(zhì)量較小，從實際使用情況來看散熱效果有顯著提升。經(jīng)過不斷的改進優(yōu)化才到達(dá)今天冷卻系統(tǒng)的多元化、實用化、最簡化。冷卻系統(tǒng)的介質(zhì)是冷卻液。冷卻液由多種化合物共同組成，其中主要成分包括：氯化鈣、甲醇、乙二醇等內(nèi)容，除此之外其中還包含了蜂蜜以及砂糖等日常中常見的一些物質(zhì)，所有的這些物質(zhì)共同組成了防凍液。這些所有的物質(zhì)通過純凈軟水來實現(xiàn)融合【3】。這就是目前最為普遍使用的防凍液組成成分。實物見圖1-1發(fā)動機冷卻液。圖1-1發(fā)動機冷卻液

傳統(tǒng)汽車?yán)鋮s系統(tǒng)2.1傳統(tǒng)汽車?yán)鋮s系統(tǒng)圖2-1傳統(tǒng)汽車水冷循環(huán)圖傳統(tǒng)汽車?yán)鋮s系統(tǒng)主要的工作是對于發(fā)動機進行降溫，發(fā)動機產(chǎn)生的多余熱量被冷卻系統(tǒng)中的冷卻液循環(huán)吸收，然后通過機械結(jié)構(gòu)傳遞給空氣。一方面冷卻系統(tǒng)通過機械結(jié)構(gòu)以及冷卻液的循環(huán)來實現(xiàn)熱量傳導(dǎo)，另外一方面通過溫度控制讓發(fā)動機時刻處于最佳工作溫度【4】。發(fā)動機的工作狀態(tài)存在一個最佳工作溫度范圍，如果發(fā)動機的工作溫度較小，那么組件的磨損就會變快，最終導(dǎo)致發(fā)動機效率下降，并且在這個過程中由于燃燒不充分還會排出更多的污染物。所以在汽車?yán)鋯訒r，必須要盡快讓發(fā)動機溫度上升并且保持最佳溫度。如果可以適當(dāng)?shù)奶岣呃鋮s水的溫度，可以有效的提高燃油經(jīng)濟性，然而如果溫度過高就有可能導(dǎo)致發(fā)動機的充氣效率下降，并且還會導(dǎo)致整個氣缸燃燒過程出現(xiàn)惡化，這種情況下不但無法保證充分燃燒還會導(dǎo)致發(fā)動機的功率降低。因此,最重要的任務(wù)是水冷發(fā)動機工作過程中,確保發(fā)動機在最佳溫度環(huán)境。冷卻水的溫度直接影響機油的溫度。因為機油會隨著溫度的變化而出現(xiàn)粘性以及各種物理性質(zhì)的變化。這種情況下可能會出現(xiàn)流動性差以及摩擦損失增加的問題。隨著機油的性質(zhì)發(fā)生了變化，機械結(jié)構(gòu)的壽命也會受到影響，各種磨損將會增加。并且在這個過程中發(fā)動機燃燒產(chǎn)生的熱量還會對于各個機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過熱影響。發(fā)動機風(fēng)冷系統(tǒng)直接利用高速空氣流吹過氣缸體和氣缸蓋的外表面，把氣缸內(nèi)部傳出來的熱量直接消散到大氣中去，以保證發(fā)動機在最有利的溫度范圍內(nèi)工作。發(fā)動機的最熱部分是氣缸蓋，為了加強冷卻，大都采用鋁合金鑄造而成，而且氣缸蓋和氣缸體上部的散熱片也比氣缸體下部的長一些。2.2傳統(tǒng)汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的構(gòu)成2.2.1冷卻介質(zhì)冷卻液主要包含4項性質(zhì)，首先它具有一定的防腐蝕性，其次他可以對于機械部件起到防凍作用，再者具備熱傳導(dǎo)性，除此之外還具備物質(zhì)的穩(wěn)定性，具體指的是在長時間使用過程中不會產(chǎn)生變質(zhì)。從成分來看，其中主要包含兩部分，一部分是防凍添加劑，還有一部分是防止金屬產(chǎn)生銹蝕的添加劑。根據(jù)不同防凍冷卻液等成分不同可以分為三種主要類型，一種是甘油型，一種是酒精性，還有一種是乙二醇型【5】。對比這三種類型的冷卻液可以發(fā)現(xiàn)具有各自的特點，首先分析其中的酒精型冷卻液，這種冷卻液制造成本較低。然而在使用的過程中容易沸騰，并且還存在蒸發(fā)損失。所以這種冷卻液目前在市場上已經(jīng)逐漸減少使用。其中的甘油型冷卻液主要的不足在于降低冰點的效果不強，并且生產(chǎn)成本較高。這種類型的冷卻液主要使用在北歐國家；還有一種冷卻液是乙二醇型冷卻液，這種冷卻液可以對于多種化合物進行不同比例的搭配，通過這種方式可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)冷卻液的冰點。最低點可能是-68℃，冷卻液的沸點很高，并且具備各項良好的使用性能，具體包括優(yōu)秀的耐腐蝕性，穩(wěn)定性以及防垢性等方面。所以這種冷卻也是目前市場上使用最為普遍的一種。對于冷卻液進行調(diào)配的過程中使用的是軟水，這樣可以有效避免在使用的過程中出現(xiàn)水垢。冷卻液與防凍劑一起添加，通過添加防凍劑，可以進一步提高冷卻液的沸點，但避免在使用過程中過早沸騰。人血液中還會使用泡沫抑制劑，通過泡沫抑制劑可以避免在水泵葉攪動的情況下出現(xiàn)泡沫而導(dǎo)致水套壁散熱不良。調(diào)整比例如2.1所示。表2.1冷卻液調(diào)整比例名稱成分%成分比凝點℃≤乙二醇酒精甘油水乙二醇防凍液6040容積之比-555545-405050-304060-22酒精甘油防凍液301060重量之比-18401545-26421543-322.2.2節(jié)溫器節(jié)溫器主要的功能是對于進入散熱器的水量進行調(diào)節(jié)，具體的調(diào)節(jié)將會參考冷卻水的溫度來進行操作。通過水量調(diào)節(jié)可以有效改善冷卻系統(tǒng)的散熱量，通過這種方式可以保證發(fā)動機持續(xù)處于最佳溫度下工作，節(jié)溫器在生產(chǎn)的過程中對于基礎(chǔ)工藝有一定的要求，如果技術(shù)工藝不達(dá)標(biāo)會導(dǎo)致發(fā)動機正常工作狀態(tài)受到影響。舉例來說，如果主閥門在恒溫器工作時延遲打開，發(fā)動機就會過熱。如果節(jié)溫器中的主閥門開啟時間偏早，那么發(fā)動機就會出現(xiàn)溫度過低的問題。節(jié)溫器有兩種冷卻循環(huán)，一種是冷車循環(huán)，還有一種是正常循環(huán)。如果節(jié)溫器在工作的過程中開啟故障，那么就會導(dǎo)致過熱問題出現(xiàn)【6】。自動情況下散熱器上水管以及下水管之間的溫度以及壓力都會存在差異實物見附圖2-2水溫傳感器。圖2-2水溫傳感器2.2.3冷卻水泵對于水泵來說，其主要的功能就是對于冷卻液進行加壓，通過壓力來保證冷卻液可以在冷卻系統(tǒng)中持續(xù)循環(huán)。從實際工作情況來看水泵最常出現(xiàn)的故障就是水封的損壞，這個部件的損壞會導(dǎo)致水泵出現(xiàn)漏液，具體的現(xiàn)象是其中的軸承出現(xiàn)工作問題，主要表現(xiàn)為轉(zhuǎn)動不正?；蛘呤寝D(zhuǎn)動過程中發(fā)出噪聲【7】。如果發(fā)現(xiàn)發(fā)動機出現(xiàn)過熱問題，那么首先就應(yīng)該調(diào)查其中的水泵皮帶是否工作正常，排除其是否存在斷裂以及松動的問題。水泵在工作的過程中主要靠葉輪的中心轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)循環(huán)，在轉(zhuǎn)動的過程中冷卻液會被甩出，此時中心的壓力開始下降，水箱中的冷卻液會被壓力壓入水泵中，通過這種方式來推動冷卻液運動和循環(huán)。實物見附圖2-3冷卻水泵。圖2-3冷卻水泵2.2.4散熱器從組成結(jié)構(gòu)上看汽車的散熱器主要由三個主要部件組成:一個是散熱器的核心，另一個是供水室。還有一個是出水室，其中的冷卻液主要流動的位置是在散熱器芯中，當(dāng)空氣超過37攝氏度時，它會從散熱器中吸收熱量，熱冷卻液會冷卻，因為空氣會吸收熱量。最終實現(xiàn)散熱的效果【8】。如果不細(xì)心觀察經(jīng)常會忽視散熱器中的一個重要部件，也就是散熱器蓋。這個小部件對于散熱器的正常工作來說起著十分重要的作用。這個部件將會隨著散熱器溫度的變化而進行調(diào)整，因為散熱器的溫度變化，其中的冷卻液也會隨著溫度的變化而出現(xiàn)了讓人說，在這種情況下散熱器中的壓力就會出現(xiàn)波動，必須要通過散熱器蓋的開啟和關(guān)閉來保證內(nèi)部壓力的恒定。在溫度上升時散熱器蓋開啟，多余的冷卻液將會進入到儲液罐中。當(dāng)溫度降低時冷卻又會再次回流到山的心內(nèi)部。實物見附圖2-4散熱器。圖2-4散熱器2.2.5散熱風(fēng)扇散熱風(fēng)扇主要的作用就是通過高速氣流來實現(xiàn)散熱器的散熱。通常情況下會在汽車停止的情況或者是慢速運行的情況開啟散。實物見附圖2-5散熱風(fēng)扇。圖2-5散熱風(fēng)扇2.2.6水溫感應(yīng)器水溫感應(yīng)器本質(zhì)上就是一個溫度開關(guān)，它可以根據(jù)具體的溫度數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)。如果在正常循環(huán)過程中發(fā)現(xiàn)溫度升高，但是對應(yīng)的分散并沒有啟動，此時首先要排查的就是水溫感應(yīng)器，接著判斷分散的正常工作狀態(tài)【9】。實物見附圖2-6水溫傳感器。圖2-6水溫傳感器2.2.7冷卻液膨脹箱這個部件主要的功能就是作為液體存儲和補充的空間，通過這個空間可以有效應(yīng)對冷卻液的熱脹冷縮。所以在添加冷卻液時應(yīng)該注意留出一定的空間，不然就會導(dǎo)致儲液罐失去應(yīng)有的作用。實物見圖2-7冷卻液膨脹箱。圖2-7冷卻液膨脹箱3純電動汽車?yán)鋮s系統(tǒng)3.1純電動汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的重要性3.1.1純電動汽車的電堆冷卻圖3-1純電動汽車驅(qū)動電機冷卻路徑電池組主要產(chǎn)熱的環(huán)節(jié)是在充電以及放電環(huán)節(jié)，電池組在工作的過程中對于溫度的變化十分敏感。電池工作溫度范圍為-30~52℃，安全的工作范圍為：-46~66℃【10】。當(dāng)冷卻液溫度太低時，電源輸出功率大大下降，有可能無法啟動車輛。電池需要一個電源來加熱電池到正常工作溫度，車輛啟動后隨著汽車的運行，系統(tǒng)溫度才能達(dá)到正常工作狀態(tài)。這樣會使電池減少使用壽命，消耗一部分電量。當(dāng)溫度過高時，電池持續(xù)放熱，可能會導(dǎo)致電池自燃，縮短驅(qū)動壽命，損壞部件。3.1.2純電動汽車驅(qū)動電機冷卻如果想要保證電機驅(qū)動系統(tǒng)能夠長時間的穩(wěn)定運行，就必須要保證系統(tǒng)工作在合適的溫度環(huán)境中，因此需要為電機驅(qū)動系統(tǒng)配備冷卻系統(tǒng)來進行散熱。從結(jié)構(gòu)上看，發(fā)動機驅(qū)動系統(tǒng)主要由三個主要部件組成:功率轉(zhuǎn)換器、電子控制和發(fā)動機。發(fā)動機的主要功能是將電力轉(zhuǎn)化為機械動力，這就是汽車前進的方式。同時，電機還會在汽車剎車的過程中將汽車的機械能轉(zhuǎn)化為電能進行儲存。其中的功率變換器主要的工作就是對于電壓以及電流數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)，保證這兩項數(shù)據(jù)符合電機的具體工作需求【11】。駕駛員想要對于電機的操作控制必須由發(fā)動機控制器進行。首先，引擎控制器接收到司機的意圖。然后轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的指令信息傳遞給功率變換器，功率變換器對于電機的電流以及電壓進行調(diào)節(jié)，最終完成指令執(zhí)行。在汽車正常運行的過程中這三個部件都會產(chǎn)生許多的熱量，如果不對這些熱量及時的進行導(dǎo)出，那么就會導(dǎo)致電機的工作溫度過高，這種情況下除了會影響電機的正常工作狀態(tài)以外還會減少電機的壽命【12】。同時隨著溫度的升高，各個部件在工作過程中的力學(xué)性能以及物理性能都會出現(xiàn)變化。對于系統(tǒng)整體的穩(wěn)定工作存在較大影響。3.2純電動汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-2純電動汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的組成冷卻系統(tǒng)是機動車非常重要的子系統(tǒng)之一，冷卻系統(tǒng)通常有幾個主要部件構(gòu)成其中電動水泵等是新能源冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。下面內(nèi)容將對電動水泵等相關(guān)部件，進行簡單介紹。電動水泵的基本工作原理為電機進行圓周運動，相關(guān)機械裝置能夠使水泵內(nèi)部隔膜形成往復(fù)式運動，進而能夠?qū)崿F(xiàn)泵內(nèi)空氣的調(diào)節(jié)，在反向閥門功能的影響下，水泵出口的位置產(chǎn)生了正壓力【13】。抽吸端口的位置造成了真空。進而就會與外部大氣壓形成壓差。壓差影響后，水壓從進口到出口的過程持續(xù)進行，電機作用使水流量保持穩(wěn)定，確保水泵功能充分體現(xiàn)。冷卻液加熱器是保證電動車冬季暖風(fēng)功能的主要設(shè)備，其屬于加熱器的一種。這類設(shè)備基本的工作原理就是熱得快，電阻絲加熱使得設(shè)備能夠輸出暖風(fēng)，供暖溫度低則可以使能耗下降。設(shè)置較低溫度如20度，同時提高風(fēng)量檔位，對于提升電動車?yán)m(xù)航有好處，同步也可以保持較為舒適的駕乘體驗。電子節(jié)溫器是為了提升溫度控制水平而設(shè)計使用的設(shè)備。節(jié)溫器最早在奧迪發(fā)動機當(dāng)中使用，可以有效調(diào)節(jié)溫度，發(fā)動機負(fù)荷成為決定冷卻液調(diào)節(jié)的決定性因素，控制單元是核心控制部件，能夠保證車輛在較低工況情況下維持經(jīng)濟性，實現(xiàn)低排放。實物圖見圖3-2純電動汽車?yán)鋮s系統(tǒng)組成圖

4傳統(tǒng)汽車與純電動汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的對比4.1大眾EA888發(fā)動機熱管理系統(tǒng)圖4-1大眾EA888發(fā)動機內(nèi)部循環(huán)圖發(fā)動機剛啟動時冷卻系統(tǒng)處于暖機（靜態(tài)冷卻液）為保證發(fā)動機燃燒過程中產(chǎn)生的熱量，將旋轉(zhuǎn)閥2關(guān)閉。這會阻止冷卻液泵的供給液流向發(fā)動機氣缸體。旋轉(zhuǎn)閥1阻止發(fā)動機機油冷卻器回流以及來自主水冷卻器的回流。自動空調(diào)冷卻液切斷閥中斷流向制暖空調(diào)系統(tǒng)的冷卻液液流。電動冷卻液在循環(huán)泵關(guān)閉。內(nèi)部循環(huán)圖見圖4-1大眾EA888發(fā)動機內(nèi)部循環(huán)圖.暖機（少量液流）范圍中的控制階段旨在通過排氣歧管的靜態(tài)冷卻液來防止氣缸蓋和渦輪增壓器過熱。當(dāng)旋轉(zhuǎn)閥1轉(zhuǎn)到一定角度是約145±5°時，旋轉(zhuǎn)閥2接合，并輕微開啟，讓冷卻液流向氣缸體?，F(xiàn)在，少量冷卻液流經(jīng)氣缸體、氣缸蓋和渦輪增壓器，流回旋轉(zhuǎn)閥組件和冷卻液泵。從而防止熱量聚集，氣缸蓋和渦輪增壓器過熱。暖機（少量液流）以及車內(nèi)制熱：如果在此階段需要對車內(nèi)制暖，自動空調(diào)冷卻液切斷閥開啟，且電動冷卻液再循環(huán)泵開始輸送液體。旋轉(zhuǎn)閥2暫時中斷，冷卻液流向氣缸體。冷卻液被導(dǎo)向氣缸蓋、渦輪增壓器和加熱器交換器。這會讓發(fā)動機的暖機階段更長。自動空調(diào)冷卻液切斷閥和冷卻液再循環(huán)泵的激活總是符合后續(xù)控制范圍的需求。流到發(fā)動機氣缸體的冷卻液液流減少，或在需要時被旋轉(zhuǎn)閥2阻止。溫度控制：旋轉(zhuǎn)閥組件調(diào)節(jié)是動態(tài)的，而且根據(jù)發(fā)動機負(fù)荷而定。為了釋放余熱，接自旋轉(zhuǎn)閥組件的主冷卻器連接件打開。為此，發(fā)動機溫度調(diào)節(jié)執(zhí)行器根據(jù)需要釋放的熱量的多少，將旋轉(zhuǎn)閥1置于0°至85°的角度位置。當(dāng)旋轉(zhuǎn)閥1處于0°角位置時，接至主冷卻器的連接件完全開啟。如果發(fā)動機在較低的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速下運行，熱量管理系統(tǒng)會將冷卻液溫度調(diào)節(jié)至100±10℃。因為不需要全部的冷卻力，旋轉(zhuǎn)閥1暫時關(guān)閉接至主冷卻器的連接裝置。如果溫度上升到門限值以上，接至主冷卻器的連接裝置再次開啟。需要穩(wěn)定地保持在開啟和關(guān)閉狀態(tài)，從而將溫度盡可能恒定地保持在100℃左右。當(dāng)負(fù)荷和發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升時，通過完全打開接至主冷卻器的連接裝置，冷卻液溫度減至100℃以下。4.2EV300熱管理系統(tǒng)圖4-2吉利EV300熱管理系統(tǒng)流向整車熱管理系統(tǒng)分為三個部分：乘員艙熱管理、電池系統(tǒng)回路熱管理、電驅(qū)系統(tǒng)回路熱管理。動力冷卻系統(tǒng)的作用是對電池、電機、控制器及充電機等車輛關(guān)鍵部件進行冷卻或加熱，使其保持在適當(dāng)工作溫度范圍內(nèi)，冷卻或加熱性能直接影響零部件。電氣系統(tǒng)冷卻回路：散熱部件的進水順序為散熱器出水-電機控制器/DCDC-充電機——電機，電機流出的較高溫度冷卻液通過散熱器與空氣的熱交換降溫，經(jīng)過降溫的冷卻液再流經(jīng)散熱部件，達(dá)到冷卻的目的。電池冷卻回路：電池回路熱管理主要包括電池冷卻、電池加熱功能的實現(xiàn)；當(dāng)電池有冷卻需求時，壓縮機啟動，電池回路通過換熱器與空調(diào)回路進行換熱。冷卻路線見圖4-2吉利EV300熱管理系統(tǒng)流向。電池有加熱需求時（電池最低溫度低于-10℃，且暖風(fēng)開啟），PTC啟動，同樣電池回路通過Chiller集成在一起的換熱器與PTC回路進行換熱。新能源車輛管理具有一定的創(chuàng)新性，相對于傳統(tǒng)的管理方式存在突出差別。電動車和管理必須要注重于車輛的冷與熱，有效均衡，進而提升能源的功耗水平，在維持正常續(xù)航基礎(chǔ)上，為駕乘人員提供更為合理的供暖供熱服務(wù)【15】。根據(jù)已有的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果來看，電動車在不理想的工況狀態(tài)下，開啟供熱模式整體續(xù)航受到的影響比例達(dá)到40%以上【16】。相對于傳統(tǒng)汽車而言，電動車在熱管理方面提出新的要求，其熱管理系統(tǒng)更加的復(fù)雜，新增加了電池等部件，需要滿足冷卻功能要求。在新能源車輛使用過程中低或高的溫度會影響電池的性能，但也會減少電池的壽命。由此可見，必須強化新能源車熱管理系統(tǒng)，提升了管理的實效性。不同的傳熱介質(zhì)，導(dǎo)熱的效果存在差異化，細(xì)分該系統(tǒng)為風(fēng)冷等系統(tǒng)，不同類型的系統(tǒng)中，液冷具有更高性價比，在實際應(yīng)用當(dāng)中更受歡迎。其中電動渦旋壓縮機使用規(guī)模越來越大。電動車為了保持理想續(xù)航，通常使用PTC加熱器提供采暖，天氣氣溫低則采暖直接影響續(xù)航，熱泵空調(diào)系統(tǒng)逐漸推廣則可以獲取更佳制熱效果。

5純電動汽車基于強制對流的外掠被動風(fēng)冷系統(tǒng)的設(shè)計5.1純電動汽車主動水冷式與風(fēng)冷優(yōu)缺點分析電動汽車與傳統(tǒng)汽車不同，傳統(tǒng)汽車發(fā)熱源主要來自發(fā)動機與變速器；電動汽車的發(fā)熱源來自于動力電池與驅(qū)動電機。目前大多數(shù)汽車中驅(qū)動電機的冷卻方式都是水冷卻，而動力電池的冷卻方式分別為水冷和風(fēng)冷兩種形式。動力電池水冷方式是利用水為介質(zhì)將電池工作時產(chǎn)出的熱量帶到水箱，經(jīng)過風(fēng)扇進行散熱；水泵將冷卻的水泵到電池內(nèi)部對電池進行冷卻。當(dāng)水冷系統(tǒng)無法滿足電池高功率輸出時，空調(diào)系統(tǒng)將會介入工作。冷卻水管經(jīng)過空調(diào)系統(tǒng)時，空調(diào)將制冷系統(tǒng)對水道進行冷卻，從而加快水的冷卻時間。其優(yōu)點為水道經(jīng)過電池內(nèi)部能提高電池的冷卻效率；空調(diào)介入工作使冷卻水快速冷卻，對電池能及時降溫。缺點為冷卻水的循環(huán)會消耗電量，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)輔助冷卻時更是加大了電池的消耗。風(fēng)冷系統(tǒng)一般用于低功率電池輸出的車輛，電池位于車輛的底盤。風(fēng)冷利用汽車行駛時產(chǎn)生的風(fēng)能將電池工作時產(chǎn)生的熱量帶走，形成熱交換。其優(yōu)點為減少電池的消耗，增加續(xù)航歷程；缺點為風(fēng)只能帶走電池外部熱能，中間電池產(chǎn)生的熱量無法帶走，不能及時冷卻電池，縮短電池使用壽命。水冷水圖5.2動力電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)與車身結(jié)構(gòu)分析電池主要由正負(fù)極、隔膜、電解液、殼體組成。電池正極材料為磷酸鐵鋰，負(fù)極材料通常為石墨，充放電時鋰離子在正負(fù)極材料內(nèi)分別發(fā)生嵌入或脫出【17】。集流體是電池正負(fù)極材料所依附的骨架，集流體還承擔(dān)輸運正負(fù)極電子的作用，正極集流體采用鋁箔制成，負(fù)極集流體采用銅箔制成。將正極材料涂布在帶狀的鋁箔上制成正極片，相應(yīng)的將負(fù)極材料涂布于帶狀的銅箔上制成負(fù)極片。隔膜位于正負(fù)極之間，用于隔絕正負(fù)極板。正極片、負(fù)極片和隔膜均為大小相近的帶狀材料，并按照正極片、隔膜、負(fù)極片依次擺放的順序形成電池組。電解液填充在電池內(nèi)部，正負(fù)極板與隔膜都侵泡在電解液中。電解液的作用是在充放電過程中在正負(fù)極之間輸運電荷。汽車主要由動力系統(tǒng)、底盤、車身和電氣系統(tǒng)組成。電動汽車的底盤主要是支撐車身、電池和動力系統(tǒng)。汽車的車身分別為前車身：保險杠、翼子板、前圍板、前縱梁組成。中間車身：立柱、車頂、車門組成。后車身：行李箱、后側(cè)板、后保險杠組成。個別車型前保險杠設(shè)計倒流孔，目的是為了減少風(fēng)阻和冷卻底盤。5.3電池?zé)崃坑嬎汶姵卦诔浞烹姷倪^程中，實現(xiàn)能量的存放與釋放，在此過程中也產(chǎn)生了能量的損失，這些能量的損失轉(zhuǎn)化為熱能，電池的溫度隨著能量的損失逐漸升高。電池產(chǎn)生的主要損失有四種：反應(yīng)熱Qr、極化熱Qp、焦耳熱Qj、副熱反應(yīng)Qs。電池產(chǎn)生的總熱量表示為【18】：式中：Qr——電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，W；Qp——電池發(fā)生極化反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量，W；Qj——電池內(nèi)阻產(chǎn)生的熱量，W；Qs——電池內(nèi)部發(fā)生副反應(yīng)、自放電等現(xiàn)象產(chǎn)生的熱量，W。熱反應(yīng)可以用一下公式計算【19】：式中：Q——電池內(nèi)部發(fā)生可逆電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量，W；F——法拉第常數(shù)；I——充、放電過程中電流大小，A；n——電池數(shù)量；m——電極質(zhì)量，g；M——摩爾質(zhì)量，g／mol。極化熱可以用以下公式計算【20】：式中：I——電池充、放電時電流大小，A；Rp——電池極化內(nèi)阻，Q；R0——歐姆極化內(nèi)阻，Q；Rn——濃度極差內(nèi)阻，Q；Rd——電化學(xué)極化內(nèi)阻，Q。焦耳熱可以用以下公式計算【21】：當(dāng)電池出現(xiàn)過充和過放現(xiàn)象時，電池會發(fā)生副反應(yīng)現(xiàn)象。電池的電極材料會因為自放電發(fā)生分解，電解液也會在溫度的升高發(fā)生分解現(xiàn)象，由此產(chǎn)生的熱量稱為副反應(yīng)熱。在電動車管理系統(tǒng)中有自斷電與電量過低保護，很少發(fā)生電池過熱和過放的工況，在計算電池總熱量時可以忽略不計。綜合以上的算式分析整合，電池的總熱量可為【22】：式中：R——電池總電阻，該電阻可認(rèn)為是歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻之和。本文選用的電池由448塊單體電池組成，純電動汽車峰值工況下單體電池約為48A，內(nèi)阻約為3，帶入公式（5.5）計算，電池總發(fā)熱量約為3100W.5.4基于強制對流的純電動汽車的外掠被動風(fēng)冷卻系統(tǒng)的流到設(shè)計此次設(shè)計用風(fēng)冷作為電池冷卻方式。基于車身結(jié)構(gòu)與電池位置的特性，將設(shè)計以下方案。對于強制風(fēng)冷系統(tǒng)設(shè)計，風(fēng)道的設(shè)計不僅可以提高撒熱的均勻性還可以降低風(fēng)阻使得車輛在行駛過程中提高速度，減少電池的消耗。從散熱界面來看強制風(fēng)冷系統(tǒng)的風(fēng)道可以分為單體電池組間隙風(fēng)冷和電池殼體外部風(fēng)冷。圖5-1電池內(nèi)部冷卻風(fēng)道示意圖所示的時單體電池組間隙風(fēng)冷。目前大部分電池組都是依次順序排列，每一列電池組都有間隙，將冷風(fēng)風(fēng)道設(shè)計在每組電池組的縫隙中，加快電池冷卻效率。經(jīng)以上數(shù)據(jù)計算電池總熱量為3100W，電池的熱能傳遞到冷風(fēng)道上，冷風(fēng)以一定的速率流過單體電池組間隙的風(fēng)道，將傳遞的熱能帶走，從而進行熱交換。圖5-1電池內(nèi)部冷卻風(fēng)道示意圖圖5-2車前風(fēng)道進氣口分布圖與圖5.-3車尾風(fēng)道示意圖為電池風(fēng)冷分布示意圖。冷風(fēng)由前格柵冷風(fēng)導(dǎo)流孔進入，往兩邊冷風(fēng)道散開經(jīng)過電池殼體外部，將單體電池組傳導(dǎo)到殼體的熱能走。由后部的排期風(fēng)扇將帶有熱能的氣流通過車身排氣孔排除車外。在寒冷天氣中啟動車輛，此時電池處于低溫狀態(tài)，為保證電池組更穩(wěn)定的輸出電能。在單體電池組間隙風(fēng)冷道和電池殼體外部風(fēng)冷道設(shè)置風(fēng)冷導(dǎo)流閥，電池處于低溫狀態(tài)閥門自動關(guān)閉，讓工作中的電池迅速升溫，當(dāng)達(dá)到正常工作溫度后打開一個閥門冷卻電池。當(dāng)車輛需要電池輸送大量電能時，電池組隨著電能的輸出溫度隨之升高，此時閥門全開以保證電池組持續(xù)處于正常溫度狀態(tài)。圖5-2車前風(fēng)道進氣口分布圖圖5-3車尾風(fēng)道示意圖5.6結(jié)論本文對傳統(tǒng)汽車和電動汽車各自的冷卻系統(tǒng)進行分解剖析，觀察到兩者不同的差異以及各自的優(yōu)缺點。再對電動汽車兩種冷卻方式的比較，觀察兩者的優(yōu)缺點后。對電池的冷卻路徑進行優(yōu)化設(shè)計改良。優(yōu)化設(shè)計的路線由前車身的冷風(fēng)導(dǎo)流孔將冷風(fēng)引入電池殼體外部，再由車身底部冷風(fēng)進氣口導(dǎo)入冷風(fēng)至單體電池組間隙進行多方面冷卻。其中單體電池組間隙冷卻始源于是冷系統(tǒng)。水冷系統(tǒng)冷卻管道從電池組內(nèi)部通過，能夠快速、有效的冷卻電池。優(yōu)化路線的優(yōu)點：（1）降低風(fēng)阻。（2）冷卻車身溫度。（3）降低電能消耗（4）減少故障發(fā)生率。（5）快速冷卻電池，降低電池壽命的損耗。

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