电动汽车高温试验开发要点分析

电动汽车高温试验开发要点分析

王文科

安徽江淮汽车集团股份有限公司安徽合肥230601

摘要：电动汽车经过最近几年的高度发展，目前已成为汽车市场不可忽视的组成部分，而电动汽车的安全和可靠性越来越受重视。本文主要阐述和分析了电动汽车高温环境下的功能、性能和适应性试验的开发要点，探索提升电动汽车性能和可靠性的方法。

关键词：电动汽车；高温试验；安全；可靠性

1.电动汽车高温试验概述

电动汽车的成熟和可靠离不开各种试验的验证，类似于传统燃油车的“四高一山”试验，电动汽车通常选择“三高一山”，包括“高湿”、“高温”、“高寒”、“山地”而不着重开展“高原”试验。其中“高温”和“高寒”试验可谓重中之重，往往需要试验人员和研发人员全体出动，协同进行试验，达成车辆在极端工况下使用时的各项功能性能指标。“高温”试验和“高寒”试验基本属于互斥的两种工况，高温环境下考验的是车辆的制冷性能和各部件的耐高温能力，而高寒环境下考验的是车辆的制热性能金额各部件的耐低温能力。

2.电动汽车高温试验开发重点

电动汽车高温试验主要考验的是整车的热管理水平，主要包括乘员的空调制冷、动力电池的高温热管理、驱动系统的高温热管理、充电系统的高温热管理等。车辆使用者在夏季高温环境下首先感受到的是空调制冷效果，客户的基本需求是：空调开启后能快速降低车内温度，持续工作时温度控制精准不忽高忽低；动力电池的高温热管理效果会明显影响车辆的快充速度，高温环境下热管理效果差很容易使动力电池温度居高不下，导致在快充时不得不限制充电电流，快充时间严重变长；驱动系统散热效果不好会导致电机和电机控制器温度过高，影响车辆的动力性能，可能导致车辆无法持续高速行驶，或者超车时不能快速提速；充电系统散热不良会影响车辆夏季慢充功能，容易导致充电机过温停机，不能正常充电。

3.各试验开发要点分析

3.1乘员舱空调制冷

乘员舱空调制冷首先要满足国家标准要求，在车辆静止和使用过程中开启空调，使用温度巡检仪测试记录空调出风口、前排面部、前排脚部、后排面部、后排脚部等位置的温度变化情况，该情况下测试主要是验证所选择空调压缩机制冷功率是否与车型匹配，避免大车小空调导致制冷效果差或小车大空调导致浪费和成本增加。除制冷速度之外，还需要验证车辆在极端高温环境下持续制冷的可靠性。以某车型为例，该车辆空调压缩机位于车辆前舱靠中后部位置，该位置散热效果一般，在空调压缩机长时间工作时，压缩机产生的热量需要靠车辆前舱风扇将环境空气吹入带走。在试验过程中发现，车辆在对墙静止暴晒开空调时，空调压缩机温度较高，甚至因温度过高导致压缩机停机。针对该情况，需要根据压缩机温度提前调节压缩机功率，实现极端条件压缩机不停机，保障乘员舱制冷基本需求。

3.2动力电池热管理

电动汽车的动力电池通常会设计保温结构，减弱电池与环境的热交换，但车辆长期处于高温环境下时动力电池不可避免的会温度升高，车辆在行驶和快充时，大电流充放电会导致电池发热，从而进一步升高动力电池温度。电池温度过高一方面会导致其衰减过快，影响电池使用寿命，另一方面温度升高电池活性增加，其安全性会降低，过高的温度甚至会导致电池损坏。为降低电池温度，动力电池的高温热管理就必不可少。目前常见的动力电池热管理系统有风冷和液冷两种。动力电池制冷通常有使用单独压缩机和与乘员舱共用压缩机两种，相比之下共用空调压缩机方案成本较低但控制逻辑要求较高，以共用空调压缩机为例。出于成本考虑，车辆的空调压缩机功率无法保证乘员舱和动力电池同时最大功率制冷需求。从动力电池角度考虑，在持续大电流放电或充电时动力电池温度上升较快，其对制冷需求最大，对应的极端工况时车辆高速长上坡和高温快充。对于车辆高速长上坡，空调压缩机最大功率工作后，为进一步降低电池温度，可选方案有限制车辆车速和降低乘员舱制冷量分配。乘员舱温度较低时以降低乘员舱制冷量集中供应动力电池散热为主，当乘员舱温度过高时需要考虑限制电池放电功率，即限制车辆车速。对于高温快充情况，快充时同时开空调作为验证重点，需要保障的底线是空调压缩机不停机、乘员舱温度可忍受、动力电池可充电。

3.3驱动系统热管理

驱动系统主要包括电机和电机控制器。驱动系统对温度的耐受度较高，通常不使用空调压缩机用于散热。目前驱动系统热管理的主流是，在整个系统回路中循环冷却液，冷却液依靠空气流动带走热量。连续急加速和长上坡需要较大扭矩更容易使驱动系统产热急剧增加；而接近匀速的高速行驶需要扭矩反而稍小，同时由于空气流动快可以带走较多热量，温度不致于过高。驱动系统温度过高，除增加前舱风扇转速外，比较有效的降温措施是限制车辆扭矩，减少驱动系统发热。但限制车辆扭矩的同时需要识别驾驶员意图，平衡车辆动力性需求。

3.4充电系统热管理

充电系统的热管理相关测试主要包括：车载充电机的高温充电性能、车载充电机的高温长时间连续充电可靠性、慢充缆上控制盒高温暴晒下长时间充电可靠性、快充连接处高温大电流快充温升情况等。车载充电机的高温性能测试需要让充电机长时间工作在最大功率条件下，试验时选择一天中温度最高、光照最强烈的时间段。车载充电机的发热和散热达到平衡时的温度，应当不高于车载充电机可以长期工作的温度上限。在整个充电过程中，车载充电机应当不出现输出功率降低，至少不会出现车载充电机停机。当前有不少车配备有带缆上控制盒的模式2充电线缆，用于找不到充电桩时的车辆充电，在充电时缆上控制盒会有明显的发热，烈日暴晒会让温度进一步升高，尤其是缆上控制盒是黑色时，可能会在长时间暴晒充电后因温度过高而停机，需要进行针对性测试。

3.5其他测试项

除以上测试要点之外，需要测试车辆BDU是否存在过温问题，BDU过温通常容易出现在车辆反复急加速或持续大电流快充时。存在BDU过温问题，说明BDU部件装配或选型存在问题，需要改进工艺或选择满足要求的BDU部件。

4.结束语

电动汽车的高温性能试验是至关重要的开发项之一，科学合理的开展高温试验，可以在车辆大规模投放市场前发现可能存在的问题，提高车辆的可靠性。某些极端问题在一般功能性能试验中因条件不满足无法察觉，但可能会在车辆大批量投放市场一段时间后集中爆发，造成极严重影响。开展高温性能试验要综合考虑电动汽车的方方面面，做好各部件或功能的合理匹配和平衡，实现电动汽车安全、稳定可靠的目的。