浅析新能源汽车集成化冷却系统设计原理

1、浅析新能源汽车集成化冷却系统设计原理摘要：近年来，随着全球石油存储量越来越少，环境污染越来越严重，此时新 能源汽车的出现较好解决了这些问题，它凭借国家政策导向、政府新能源补贴、 绿色节能环保、噪音小和出行成本低等因素逐渐进入了人们的视线。目前新能源 汽车正处于高速发展的阶段，虽然面临充电、安全等许多问题，但随着石油的减 少和大气污染的严重化，以及国家对新能源汽车的大力支持，新能源汽车发展将 是大势所趋。关键词：新能源汽车；集成化冷却系统；设计原理1重要性新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外的所有其它能源车辆，主要包括： 燃料电池电动汽车、纯电动汽车、油电混合动力汽车、氢发动机汽车和太阳能汽 车

2、等等。而在目前汽车市场上，纯电动汽车显然成为了新能源车的领头羊，油电 混合动力和燃料电池汽车也占有一定的市场份额。随着技术的不断进步，汽车厂 家通过提高续航里程、加大基础设施的投入力度，以及通过技术解决电池的充电 速度、充电时间和电池的回收再利用等问题，以使得电池的安全、组成成分等问 题得到了一定改善，这样看来，新能源汽车有望成为汽车发展的中坚力量。2新能源汽车热源概况按冷却需求部位划分，新能源汽车冷却系统主要分布于动力电池、驱动电机、 电控元件和车载空调等。其中，由于动力电池和车载空调散热量大，是冷却系统 的最大消耗用户。测试数据显示，传统燃油（气）汽车空调车载空调能耗约占整 车能耗的10%

3、-20%，新能源汽车车载空调能耗占比更高。此外，冬季时，新能源 汽车通常使用PTC加热，加剧电量损耗，大幅降低新能源汽车的续航里程，属于 宏观上热管理范畴。因此，效率较高的车载热泵系统在新能源汽车车载空调具有 巨大前景。其次，新能源汽车动力电池系统是整车的能源，其工作环境温度过高 或过低直接影响电池寿命和汽车的续航里程，甚至是影响人员和汽车的安全，因 此，动力电池热管理要求更为严格。由于水冷具有换热系数大、换热效果好、冷 却快，散热均匀，波动小等优点，当前新能源汽车通常运用水冷方式对动力电池 加以降温冷却。其冷却原理为：新能源汽车运行时，水流经动力电池，通过对流 换热方式将电池产生的多余热量带

4、走，保证电池工作温度维持在合理范围。电机 方面，与动力电池冷却系统类似，均采用液冷方式冷却。不同之处在于动力电池 系统以水作为冷却介质，而电机冷却介质换成水-乙二醇混合液，在电机定子的外 壁面通过冷却水套对流换热间接冷却。转到电控方面，随着5G和人工智能无人 驾驶技术的发展，新能源汽车智能化程度日益提升，随之带来电控电子部件数量 和种类大量增加，加剧冷却需求。液冷仍是大功率电控设备的主要冷却方案，小 功率电子设备则需合理优化布局，创设低成本风冷情景，最大化自然散热效果。3新能源车空调系统分析3.1燃料电池余热利用空调系统燃料电池发电装置能够将化学能有效转换为电能，借助燃料与氧化剂实现， 转化效

5、率高，其余转化为废热与温水、蒸汽。燃料电池属于动力源，利用能源效 率比常规内燃机高，但燃料电池出现过热后，其性能、工作效率直接降低。对此， 利用余热为车辆供暖，其经济性、能量利用率明显优化。综合考虑能源供应与性 价比、生态环保等因素，研究结果表明氢是首选燃料。电解质种类多样，可分为 熔融碳酸盐类，以及固体氧化物类等，其中质子交换膜燃料电池，工作电流相对 较大，能量效率高，且可在数秒时间内完成冷启动，排出近80C的废热，多以吸 收式制冷空调系统为主，热泵启动热源，以燃料电池冷却液为主。对此，吸收式 热泵发动机输出功率消耗低，熔液泵需消耗部分电能。同时吸收式热泵，其总需 求电能相比压缩式热泵高。为

6、满足城市公交与大巴空调制冷需求，加强了对吸收 式制冷系统的创新，制冷剂以乙二醇和水为主，吸收剂以漠化锂为主，吸收式制 冷系统热动力驱动，主要通过热管理系统主管热器，与制冷系统发生器的热交换 实现。主换热器上设置旁通支路，并连接变频水泵，当燃料电池热量过高，且由 空调制冷需求时，热量能从旁通支路给予，确保燃料电池始终保持适宜温度工况。 同时电池辅助器与吸收器等电池热管理系统器件的冷却系统相同，车外风冷式换 热器与冷却系统相通。燃料电池供暖系统的工作过程如下，截止阀打开后，使电 池发动机处于工作状态，控制电池散热器，通过中间换热器，实现冷却液从发动 机出口处流至进口处，由换热器热能沿着供暖管路持续

7、向车内提供热风。3.2热泵式空调系统热泵式压缩机是由独立式电机驱动，动力系统驱动电机，以及电动压缩机是 由电池组供电，不会影响汽车运行安全性，同时也不会受到汽车运行的干扰。热 泵式空调系统应用后，从车内顶部吸入新鲜空气，空气加热后，在挡风玻璃内完 成除霜处理，并吹出热气，即在内部处理后由风道左右两侧吹出。不仅节省能耗， 同时解决了车内湿度大，空气循环起霜等问题，确保汽车行驶安全性及舒适性。 电动汽车热泵式空调系统由蒸发器完成除霜工作，由冷凝器提高空气温度，最后 向车内提供热气，规避了结霜现象，不会影响汽车安全驾驶。在其基础上，电子 膨胀阀受步进电动机驱动，合理控制阀门开度、制冷剂流量，以及出口

8、空气温度 等。制冷系统适用于40C环境温度、50%相对湿度、27C车室温度的环境条件， 系统性能方面，1kW能耗，能够获取2.9kW制冷量。制热系统适用于25C车室 温度、-10C环境温度，系统性能方面，1kW能耗，能够获取2.3kW制冷量。当 处于低温工况时，PTC热敏电阻可发挥功用，能够完成加热处理，并控制空调制 热效率，同时完成除霜工作。PTC加热装置，可通过车载蓄电池获取直流电，安 装离心式风机，或轴流式风机，加强风道合理设计，可确保PTC发热器周围风速 均匀，切实发挥装置发热性能。PTC元件的消耗功率与进出风口的风速、温度密 切相关，发热量与风速呈正相关。3.3冷却液温度过低冷却液温

9、度低于75摄氏度会导致发动机没有良好的工作状态，同时使燃油大 大增加。冷却液温度过低主要是因为节温器失效，使冷却液不能进行合适的循环; 其二可能是汽车本身的冷却液温度表或传感器失效;散热器的风扇不能正常工作或 驾驶者本人没能提高档位。在车本身没有热车进行启动的时候，要使发动机快速 运转，之后打开水箱查看冷却液的流动速度，如果流速非常大而且快，就表示节 温器或阀门不能严密闭合，要及时更换节温器;如果冷却液温度不高，但是用手摸 散热片的时候温度较高，再测量水温也是在正常范围值内，这样就要更换温度表 或温度传感器;寒冷的冬天，我们要随时检查这些对冷却系进行散热的装置防止温 度过低，车辆自身也要进行自身保温;随时检查风扇离合是与温控开关是否会过早 的接合与关闭，如有异常应及时更换装置或进行维修;如果在没有热车的情况下， 启动后风扇就转动，则是温控开关不能良好的根据温度控制风扇，要立刻更换， 避免意外的发生。结语发展新能源汽车是上百年来汽车动力技术的重大变革，是对汽车工业长足发 展的巨大驱动力，在发展的道路上