某電動汽車整車熱負荷仿真模型的建立及分析

李韋林，鄭旭陽，劉成龍，路寬寬

（1.長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北 071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 071000）

1 建立整車熱負荷仿真模型

1.1 確定相關(guān)參數(shù)

（1）確定運行溫度。熱負荷主要的測試仿真時間，為夏季電動汽車運行過程時段。因此，根據(jù)國內(nèi)夏季車內(nèi)情況，確定運行溫度為38℃。

（2）其他運行參數(shù)確定。確定好運行溫度后，根據(jù)影響整車熱負荷的因素，包括太陽輻射情況、車身容積、空調(diào)情況、玻璃透射情況、車內(nèi)設(shè)施面積以及車窗面積等，進行相關(guān)參數(shù)的確定。具體參數(shù)數(shù)值如下：環(huán)境濕度40%；太陽熱輻射800W/㎡；車身容積4.17m3；空調(diào)出風口流量805m3/h；強擋風玻璃面積5.05㎡；儀表盤面積1.2㎡；側(cè)窗面積總面積0.304㎡；天窗面積0.88㎡。

（3）確定車速參數(shù)。車速在運行過程中，會造成車內(nèi)空氣和外部空氣的對流，形成換熱。因此，在進行熱負荷仿真模型的參數(shù)設(shè)定過程中，也要考慮車速的影響。通過確定實際車輛在高溫環(huán)境中的車速情況，確定模擬數(shù)據(jù)為，首先車速為0，即車輛在高溫環(huán)境中暴曬一個小時。然后，將汽車的行駛過程分為三個時間段。分別為60km/h行駛一小時、怠速行駛半小時、120km/h行駛一小時。

1.2 熱負荷仿真模型建立

（1）車內(nèi)艙模型建立。熱負荷的主要空氣熱能存儲位置，就是車內(nèi)艙的空氣位置。我們將車內(nèi)艙界定為一個整體的換熱空氣集合，將其中的空調(diào)系統(tǒng)作為改變其熱空氣熱能溫度變化的輸入?yún)?shù)量，建立起空調(diào)系統(tǒng)模擬模型。車內(nèi)艙空調(diào)系統(tǒng)的模擬模型為：在汽車處于未運行時段時，空調(diào)未出風；汽車行駛過程中，空調(diào)出風，出風口溫度為35℃；行駛至1小時，出風口溫度為25℃；行駛至1小時26分鐘時，出風口溫度為17℃；行駛至1小時57分鐘時，出風口溫度為13℃。

（2）前擋風玻璃模型建立。前擋風玻璃熱輻射主要考慮兩個方面，一是太陽光通過玻璃，進行車輛傳遞，將熱量帶到車艙內(nèi)；二是儀表盤接收前擋風玻璃照射的太陽管，纏身熱輻射，造成對流換熱。

（3）頂棚模型建立。頂棚模型建立通過頂棚的傳熱系數(shù)以及頂棚面積進行確定。頂棚材料自身會吸收太陽輻射，造成自身溫度高于外界溫度。

（4）側(cè)門板模型建立。側(cè)門板模型建立主要考慮側(cè)門板的傳熱系數(shù)以及側(cè)門板的面積。另外需要注意的是，側(cè)門板上的車身維護結(jié)構(gòu)，也是可能影響熱負荷的主要部分之一。

（5）天窗、側(cè)窗、后窗模型建立。天窗、側(cè)窗以及后窗，通過其玻璃透射屬性，其模型建立可以參考前擋風玻璃模型建立，進行理論參照。需要注意的是，太陽光通過天窗、側(cè)窗以及后窗進行透射，會將熱量帶給車艙內(nèi)設(shè)施，例如座椅等。因此，要考慮座椅等設(shè)施對熱輻射的吸收引起的溫度升高。

（6）電池包散熱模型建立。電動汽車電池包，在運行過程中，會產(chǎn)生熱能，并向車艙內(nèi)進行熱傳遞。但電池包本身，會采取液冷冷卻方式進行冷卻，有一定的冷卻作用。因此，在建立電池包散熱模型過程中，主要參考車底的傳熱系數(shù)、電池包的面積，同時要考慮經(jīng)過冷卻后的電池包溫度。

（7）人體散熱量。駕駛員和乘客的散熱量要進行統(tǒng)一考量。其中，駕駛員散熱數(shù)量取值為1，乘客取值為車型限制量最大值。

（8）漏風損失模型建立。漏風損失是在熱負荷模型建立中，容易被忽視的一項。這項模型的建立，有利于實現(xiàn)總體熱負荷模型的準確度。提升其參考意義。漏風損失模型主要考慮漏風帶入乘客艙的熱負荷，以及車身漏風量。同時要結(jié)合該溫度下的空氣密度。

2 整車熱負荷仿真模型結(jié)論分析

文章研究的熱負荷仿真模型，外界環(huán)境參數(shù)設(shè)定為38℃。車輛行駛情況為，高溫環(huán)境中暴曬一個小時，60km/h和120km/h行駛一小時、怠速行駛半小時。并設(shè)定最終車艙目標溫度為26℃。

通過以上模型建立進行仿真模擬，可以得出以下實驗結(jié)論：

（1）在38℃環(huán)境下，汽車車艙溫度一小時后達到67℃。

（2）一小時開啟空調(diào)后，汽車以60km/h，行駛一小時，車艙溫度下降至40℃。

（3）車輛進入半小時怠速行駛夠，溫度下降變緩。半小時后車艙溫度下降至33℃。

（4）進入120km/h行駛一小時過程中，溫度再次快速下降。最終溫度下降至27℃。

通過對以上熱負荷仿真模型模擬結(jié)論，以及模型設(shè)計的參數(shù)整理進行分析，我們可以確定一下幾點：①空調(diào)出風口溫度和車艙內(nèi)溫度存在極大溫差時，車艙內(nèi)部對換流劇烈，整車的熱負荷在啟動車輛的初始階段達到最大。②擋風玻璃通過太陽輻射會造成整車熱負荷的增加，從材料特性和擺放角度兩方面可以進行調(diào)整，實現(xiàn)降低熱負荷的作用。材料方面，前擋風玻璃采用的玻璃原料的透射比越高，其太陽輻射越高，帶來熱負荷越大。玻璃的擺放角度傾角越小，獲得的熱負荷越大。

3 結(jié)語

建立電動汽車整車熱負荷仿真模型，需要進行車內(nèi)艙模型建立、前擋風玻璃模型建立、天窗、側(cè)窗、后窗模型建立、漏風損失模型建立等。通過建立電動汽車整車熱負荷仿真模型，可以找到車內(nèi)熱負荷提升的影響因素，從而提出解決措施，提升能源利用率。