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摘要：本文主要从制冷回路设计、制热回路设计以及双系统耦合设计匹配等几方面去论述电动汽车空调与电池热管理系统集成方案的可行性。并通过有效的科学手段来计算系统及关键零部件的性能需求，看其是否满足相应性能目标要求，进而为电动汽车空调与电池热管理系统集成方案的进一步发展提供可靠的参考依据。
关键词：电动汽车空调；电池热管理系统；设计思路；匹配分析
现如今，电动汽车已成为汽车行业主要发展趋势，其不仅具有节能环保的应用优势，而且维修保养方法也是十分便捷，易容易操作。但是其在运行过程中，对于电池充放电温度环境却有着极高的要求，而要想满足这种高要求，就要对电动汽车空调及电池热管理系统的设计思路和关键零部件参数匹配度进行深入的研究。
1.设计思路分析
1.1制冷回路设计
1.1.1乘员舱制冷设计
如图一所示，乘员舱制冷回路原理与传统汽车基本一致，都是要利用压缩机将气态制冷剂压缩程高温高压制冷剂气体，然后再经过冷凝器的冷凝处理，使其转化成为高温高压液态制冷剂。最后进入HVAC空调箱体总成，箱体里的膨胀阀对制冷剂进行节流降压，然后再借助蒸发器的汽化吸收新风的热量，来实现汽车空调的制冷作用。
图一
1.1.2电池组制冷设计
如图二所示，电池组制冷原理与乘员舱制冷回路原理基本一致，唯一不同的是其将蒸发器替换成了对流板式热交换器，以便可以很好的汽化吸热液态制冷剂的热量，将冷却液温度降低到最大化。而电池冷却回路的动力来源也是以水泵为主，把降温后的冷却液泵入电池组内部，依靠电池模组内部的换热结构对电池组温度进行有效的控制。
图四
1.3系统耦合设计
如图五所示，将乘员舱的降温制冷需求与电池冷却降温需求集中由一个压缩机提供冷量，由于乘员舱的采暖原理与电池加热原理不相同，因此系统能完全做到独立控制。在制冷系统回路中，乘员舱和电池模组的制冷回路采用并联的形式，由于HVAC采用了热力膨胀阀，在乘员舱制冷回路中设置了1#号电磁阀，在不需要降温时可关闭当前回路，阻止冷媒流过，在仅有乘员舱降温工况时，关闭2#电磁阀，防止制冷剂回流至热交换器。在电池模组冷却制冷回路中，采用了电子膨胀阀，系统可结合PT传感器检测到的冷媒温度和压力状态来控制阀的开度，充分发挥换热器的换热能力，同时起到保护系统的作用，在不需要冷却的时候电子膨胀阀可充当截止阀，关闭当前系统回路。通过完善控制逻辑和方法，系统分别可实现乘员舱降温、电池模组降温、乘员舱和电池模组同时降温这三个工况。
图五
系统负荷计算匹配度分析
计算车窗的温差传热和日射热参数。由于阳光的辐射热度一部分会通过车窗直接进入到乘员舱，另外一部分会被车窗所反射。所以，在外界温度的综合作用下，车窗吸收的热量之与车内温度就会形成一定的差距，并且这种差距通过车窗透射的热量，会被车内设施所吸收，进而形成相应的蓄热和放热量。基于此，在计算过程中，就可将日射得热视为汽车空调系统的瞬态热负荷。按照固定公式Q玻=A（tm-ti）)K+MAC（µqb）来计算。其中，Q玻代表车窗玻璃表面积（m2）、tm代表玻璃综合表面温度（℃）、ti代表车室内空气温度（℃）、K代表综合传热系数、µ代表非单层玻璃的校正系数，单层玻璃取1;C代表玻璃的遮阳系数，M代表玻璃的面积系数、qb代表单层玻璃的太阳辐射强度。
2.计算新风热负荷参数。可按照Q新=lonρ（ho-hi）来计算。其中，n代表乘员舱人数、lo代表每人每小时需求的新风量、ρ代表空气密度、ho代表室外空气的焓值、hi代表车室内空气的焓值。
计算车身传热量。可按照Q车身=KS（tj-ti）的公式来计算，其中，K代表车身各个部分的综合传热系数、tj代表车身表面的当量温度、ti代表车室内空气温度、S代表车身面积。
空调湿负荷的计算。电动汽车空调系统在制冷过程中，除了能够降低车室内温度，还能冷却空气中一部分水蒸汽，使其形成供空调使用的冷却水。通常，当环境温度为24℃，且个体的散湿量dO约为56g/h时，则空调总散湿量DO为nd=5X56=280g/h,设车室内容积为ρ.er而若是在温度为24℃、相对湿度为50%的环境中时，空调总湿量d1则为8.85g，h1为45.72KJ/kg。且蒸发器表面空气温度也能达到8℃左右。但是若风机在整车上的风量为LO，具体参数值为530m3/h时，则人体散湿所产生的含湿量就要相对增加。
计算空调系统采暖负荷。该匹配度的计算与热负荷计算方式基本一致，唯一不同的是所计算的室外温度为-20℃时的对加热量的需求。
电池模组负荷计算。电池的发热情况与电芯材料、电池模组排布、充放电功率、环境温度、材料发热与导热系数有较大的关系，为了快速的验证和得出结果，结合大部分纯电动车的使用工况，最终将计算因子简化，按照城市道路工况法计算出平均放电功率IC2，再结合电池内阻RL，得出如下计算公式来算出电池模组的基本负荷需求。
车辆运行工况：
指标车速km/h续航里程Km功率kW
40km/h匀速电耗（KW.H/100km）/续驶里程（km）4030016
3.实验结果
根据上文所进行的参数计算结果，可以通过相应的环境试验和路况试验来证明电动汽车空调与电池热管理系统的匹配度和设计可行性，实验结果如图六、图七所示，无论是电池冷却效果还乘员降温效果，均能满足使用要求，本文设计的空调与电池热管理系统集成具备以下几方面应用优势:
第一，乘员舱降温优势。与燃油汽车相比，电动汽车压缩机实现了电机驱动目标，但是制冷回路设计却与燃油汽车相一致，因此，可以很大程度上满足乘员舱的降温需求；第二，乘员舱采暖优势。直接利用PTC加热器，加热空气，相对于采用水热式采暖，加热效率高，节能降耗优势明显；第三，电池降温优势。为了避免汽电池组在快充和大倍率放电时产生大量的热能消耗，应采取低温水路散热的方式对电池组内部进行降温，这样既可以保障电池组的稳定运行，又能提高汽车的节能减排性能；第四，电池加热优势。以PTC水加热器作为电池加热的热源，能根据电池在不同环境温度下对加热功率需求的控制，依靠冷却液均匀的导热性，保证电池模组加热温度精准控制，在低温环境下是电池保持良好的充放电效率，提高电池的使用寿命。
图六电池冷却效果
图七空调降温效果
图八电池低温加热效果
图九空调采暖效果
结束语：
综上所述，通过本文对电动汽车空调及电池热管理系统集成的匹配设计所提出的相关建议，可以看出，这种设计方案可以完全满足乘员舱降温采暖需求及电池组的热管理需求。因此，相关设计人员可以根据本文所匹配设计的空调系统进行整车验证。
参考文献：
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[2]徐洋,吕玲.关于纯电动客车电池热管理的探讨与研究[J]化工管理,2018,02:11-12