著作泉源：1上海交通大学板滞与动力工程学院，2上海欧菲滤清器有限公司短序内燃机驱动目前还是是汽车行业的主流。面临化石能源的日益短缺以及环球天气变暖导致的

内燃机驱动目前还是是汽车行业的主流。面临化石能源的日益短缺以及环球天气变暖导致的冰川溶解等题目，寰宇各都城正在选用各样环保和减排步调以删除内燃机的运用，并鼎力成长零排放的“绿色汽车”动作内燃机的代替计划。个中，电动汽车、燃料电池汽车和夹杂动力汽车慢慢成为了一个紧要且一经通俗运用的处分途径。我国一经成为了环球电动汽车墟市延长最疾的国家之一，而跟着“特斯拉”超等工场2019年正式落户上海并进入坐褥，中国的电动汽车行业将迎来进一步的大幅延长。

现今朝，电动汽车中众采用高能量密度的锂电池。不过，锂电池正在劳动中的发烧中况将导致电池温度升高，低重电池出力并风险电池寿命，要紧时以至导致起火事件。同时，正在电动汽车的空调制冷或制热编制运转的情景下，电池功能及续航里程能够因而删除40%以上。因而，轻易高效的电池温度限度及电池编制的热处分对电动汽车的功能和续航里程极度环节。

理思的锂电池劳动温度为15～35℃之间，须要维系正在最高45℃以下，而充电温度不行高于60℃。电动汽车成长的早期，电池的冷却众采用主动或被动风冷工夫，紧要由于其本钱低廉且构造轻易。不过，其换热出力较低，占用空间较大且温度不屈均。对付电池组来说，温度的不屈均性将要紧影响全盘编制的寿命。因而，跟着电池能量密度的增大，液冷慢慢成为了目前主流的电池冷却体例，其换热量可能到达雷同前提下的空冷换热量的3倍以上。个中，行使制冷剂蒸发来罗致电池冷却液的热量受到了中心闭心，由于其换热量大而且可能通过与汽车里的空调编制轮回连结来实行。直接将制冷剂与电池组耦合换热的体例同样会带来温度不屈均和占用空间较大的题目，以是一样采用的体例如图1所示，正在通常汽车空调编制中，扩张一个铝制钎焊板式换热器（电池冷却器，chiller）与空调蒸发器并联，将局限冷量用于形成冷却液进入电池冷却板，平均冷却电池组。如此，压缩机编制形成的制冷量可能同时运用于汽车内部境遇温度调控和电池组冷却液温度限度，彼此独立。

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因而，电池冷却器（chiller）成为了液冷电动汽车中调度电池组温度的环节部件，加强其换热成果可能低重所需的压缩机转速或者制冷剂排量，从而删除耗电量而晋升续航里程和行驶功能。不过因为车体内部空间局部，不宜采用体积过大的换热器动作电池冷却器来加强换热成果，于是日常采用紧凑小巧的板式换热器。为了进一步进步换热器的换热成果，一样的做法是正在板式换热器的流道内部策画湍流爆发构造，沿流向阻断活动和温度范围层，加强入口效应，最终进步换热出力。固然针对板式换热器的欢腾活动换热的试验和模仿斟酌一经相对较众，不过特意面向电动汽车电池冷却器的试验编制搭修和测试的斟酌报道如故极度罕睹。张荣荣等剖判了电子膨胀阀正在图1所示的双蒸发器编制里的效率和上风，不过实在的试验测试设置修设及试验平台构造未做详明阐明。之后，张年龄等搭修了电动汽车冷却编制试验平台，剖判了电池冷却器回途和汽车空调回途正在少许工况下的彼此影响，但未就电池冷却器自己举办实在功能剖判。针对最新策画的带有湍流爆发构造的电池冷却器，本文将搭修完好的制冷剂侧和冷却液侧的轮回回途及相应的试验测试设置，酿成安宁牢靠的电池冷却器功能测试平台，并通过分歧工况的试验来剖判总结其冷却功能及受分歧工况前提的影响。

试验采用的电池冷却器实物如图2所示。冷媒侧和冷却液侧各由21层板片叠装，每层板片的尺寸为92.0mm×56.0mm×1.4mm，各层流道之间为并联活动。冷媒和电池冷却液两侧的活动呈逆流安放，以加紧换热成果。寻常劳动时，冷媒进口处呈两相蒸发形态，而冷媒出口处为过热形态。

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搭修的试验测试台如图3所示，紧要席卷4个轮回：水冷冷凝轮回（图3左侧），用来冷凝被压缩后的气态冷媒；水冷过冷轮回（图3底部），正在须要时启动，同样用来冷却高压冷媒，以确保被冷凝后的冷媒进入过冷形态；冷却液轮回（图3右侧），本文中采用汽车中常用的50%乙二醇溶液，以测试电池冷却器对其的冷却功能；制冷轮回（图3中央），本文的测试中采用R134a动作制冷工质，通过其正在低压段的两相蒸发流程来罗致电池冷却器中冷却液的热量。

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如此，从电池冷却器中出来的低压过热冷媒，通过气液诀别器进入压缩机。被压缩后的高压冷媒蒸汽进入水冷冷凝器，冷凝后的冷媒再通过过冷器确保其进入过冷形态。之后，过冷的高压冷媒通过电子膨胀阀节俭，到达低压两相形态并进入电池冷却器蒸发吸热。

除了电池冷却器，图3中所示的各个部件的型号和紧要参数睹表1。图3中所采用的各个传感器的参数睹表2。

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试验测试限度编制操纵MATLAB举办编写，采用PCB烧录标准，天生限度板。上位机界面蕴涵各个丈量参数的标号和单元。本软件紧要用于编制的标准限度，通过输入压缩机的干系参数（转速、许诺功率、开闭形态等）来限度压缩机的运转工况，并将压缩机返回的现实形态比如电流、电压、现实转速以及当工况不契合压缩机运转前提时的谬误讯息显示正在界面中，从而实时调节压缩机的运转形态。其它，可能实时显示编制各项参数来观测其运转形态，比如换热器的进出口温度，吸排气温度、压力等。

遵循《中华公民共和国板滞行业尺度制冷用板式换热器JB/T8701—2018》中板式换热器热工功能测定的恳求，每组工况测试时起码安宁30min。安宁之后，正在测试结果选择比来15min工况并取均匀。

遵从这种测试方式，起首对几组雷同工况（冷却液侧流量、进口温度，冷媒侧出口压力、出口过热度等均雷同，基准工况睹表3）正在分歧的功夫举办了测试，获得的冷却后chiller出口的冷却液温度分歧正在1%以内，验证了试验测试编制及测试方式的安宁性和结果的反复性。

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试验测试完了后，本文中电池冷却器的换热功率可能遵照冷却液侧（50%乙二醇）测定的数据按式（1）打算。

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不过，压缩机的集体归纳出力ηcomp与转速和运转工况等均干系，正在0.6～0.8之间浮动，无法轻易确定。日常来说，转速越高，出力越高。

近似以为膨胀阀前后等焓，电池冷却器进出口焓差可能由其出口过热的冷媒温度和膨胀阀进口过冷的冷媒温度打算。然后遵照估算的冷媒流量，就可能操纵冷媒进出口焓差打算获得冷媒侧的换热功率。

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反过来，如疏忽铝制板壁的热阻，以为冷却液侧测得的换热功率即为制冷剂侧的换热功率（Qr=Qc），则也可能用于臆度冷媒的流量［式(3)］和压缩机的集体归纳出力［式(4)］。

遵照差错转达公式，可知试验测试打算获得的电池冷却器换热功率［式(1)］可能由式(5)打算。

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由表2的传感器参数可知，冷却液侧流量的最大绝对差错σṁ为0.2L/min，温度的最大绝对差错σT为0.5℃。遵循试验测试工况中冷却液侧流量以及进出口水温，由式(5)可打算出，测得的电池冷却器换热量的相对差错正在3.9%摆布。

试验测试中的基准工况如故睹表3。变工况的试验测试将正在此基准工况的根基上差异变更chiller出口过热度、出口压力、冷却液侧流量、冷却液进口温度。

电池冷却器中的冷媒起首资历了温度根本稳固的两相蒸发形态，然后正在十足汽化后不绝吸热温度升高，其出口处温度高于对应压力的饱和温度的水准即为过热度（表3中SH3）。正在雷同的蒸发压力下，过热度的转折也就代表着chiller冷媒出口温度的转折。

测得的换热功率和chiller两侧流阻随过热度（5～13℃）的转折趋向如图4所示。可能看到，从较低的chiller冷媒侧出口过热度工况到较高的过热度工况，因为冷却液侧形态简直无转折，故冷却液侧流阻也简直无转折。而冷媒侧流阻转折相对较昭彰，跟着过热度的扩张而减小（从过热度5℃时的7.93kPa慢慢降低到过热度13℃时的5.99kPa），由于过热度越大，气态过热段也就越大，相应的流阻就会减小。同样地，因为气态过热段的增大，且气态冷媒和冷却液间的换热比拟冷媒蒸发段较差，故换热功率也跟着过热度的增大而有所降低，从过热度5℃时的2.04kW慢慢降低到过热度13℃时的1.79kW。遵照换热量和压缩机耗功打算出的压缩机出力正在0.6～0.7之间震撼。

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电池冷却器中的冷媒紧要仰赖其蒸发流程罗致冷却液侧的热量。其蒸发压力直接断定了蒸发温度以及chiller两侧的换热温差。

因为冷媒正在chiller中也存正在压降，无法正确得到蒸发压力，因而选择chiller冷媒侧出口压力动作工况调节参数（0.25～0.35MPa），测得的换热功率和chiller两侧流阻随冷媒出口压力的转折趋向如图5所示。因为冷媒蒸发温度随蒸发压力升高而扩张，因而正在冷却液侧形态稳固的情景下，换热温差会慢慢减小。于是，从较低的chiller蒸发压力工况（0.25MPa）到较高的蒸发压力工况（0.35MPa），换热功率有昭彰降低，从2.61kW降低到1.79kW，但降低趋向慢慢减缓。冷媒侧流阻随chiller蒸发压力的转折趋向与换热功率根本同等（从13.6kPa降低到5.96kPa），这是由于跟着换热成果变差，所需的冷媒流量变小，流阻也就随之减小。因为冷却液侧工况简直无转折，冷却液侧流阻也简直稳固。遵照换热量和压缩机耗功打算出的压缩机出力同样正在0.6～0.7之间震撼。

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正在电动汽车劳动时，用于冷却电池的冷却液的温度会跟着电池功率输出和温度的转折而转折，因而须要商量分歧冷却液进口温度的工况，遵循锂电池寻常劳动温度界限，商量了15～40℃的冷却液进口温度。而为了调度冷却液温度进而调度电池温度，冷却液的流量也需倘若可调度的。

因而，正在分歧的冷却液流量下（8、12、16L/），测试了分歧冷却液温度工况下的电池冷却器劳动情景，如图6所示。正在悉数冷却液流量下，换热功率和冷媒侧流阻都跟着冷却液进口温度的升高而升高，转折趋向根本同等。雷同的chiller蒸发压力下，更高的冷却液进口温度意味着更大的换热温差，因而换热功率也就越大。同时，更大的换热功率会须要更大的冷媒流量，也就导致了更大的冷媒侧流阻。其它，同样冷却液流量下，温度越高，冷却液黏性越小，因而冷却液侧流阻随温度升高略有降低。

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横向比较分歧流量下的chiller换热功能可能发觉，冷却液侧进出口压差程度跟着更大的冷却液流量分明大幅扩张。更大的冷却液流量也加强了冷媒和冷却液之间的换热，因而chiller换热量也随之逐渐进步。正在最大的冷却液流量（16L/min）和最高的冷却液进口温度（40℃）工况下，此小型chiller的换热功率可能到达5.6kW，使出口冷却液降至34℃摆布。图6中悉数工况打算获得的压缩机出力正在0.65～0.78之间震撼。

针对液冷电动汽车中调度电池组温度的小型紧凑的电池冷却器（chiller）策画和搭修了相应的功能测试编制，并对一个新策画的电池冷却器举办了试验测试和冷却功能剖判，获得以下结论。

（1）搭修的chiller功能测试编制正在国家尺度恳求的测试方式下试验结果安宁，具有优越的反复性；

（2）比拟于冷媒蒸发压力对chiller冷却功能的影响，冷媒侧的出口过热度转折对调热功率和流阻的影响较小；

他日将对试验编制举办进一步改制升级，紧要席卷：压缩机和冷凝器间扩张油诀别器，以删除压缩机中润滑油对冷媒轮回的影响；正在膨胀阀前扩张冷媒质料流量计，以正确测得冷媒流量；编写自愿限度标准，以自愿调度设定工况等。

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