随着新能源汽车的日益普及，人们对新能源汽车续航里程不断提出更高的要求。但因为受到整车空间的限制，增大电池的体积的方案可操作性不强，于是增大动力电池的能量密度成为业内提高新能源汽车续航里程一直在使用并且有效的解决方案。动力电池能量密度提高，伴随产生的问题是电池发热量大、温度高，这对电池的电量及寿命等方面都有不利的影响。电池冷却系统是专门针对上述问题用于冷却电池，其利用板式换热器在空调系统中获得冷源，再通过水泵、电池冷却板、管路等零部件将冷量带给发热的电池，让电池在最适宜的温度下工作。新能源汽车使用依托于空调系统的电池冷却系统，在全球属于行业前沿技术。因电池冷却系统能让电池维持工作在适宜的温度，其增加电池的使用寿命，延长新能源汽车的总行驶里程。
１电动汽车热管理系统方案及技术要求
１．１系统方案架构
１）以电磁阀＋热力膨胀阀为节流的控制系统；
２）以电子膨胀阀为节流的控制系统。
１．２技术及成本要求
１）能够独立控制空调系统和电池冷却系统；
２）空调系统和电池冷却系统同时有需求时，能根据不同需求量进行有效控制；
３）在成本上有一定的竞争优势。
１．３电动汽车热管理系统方案
１．３．１系统方案描述
本文以不同的节流装置为研究对象：图１是一种以电磁阀和热力膨胀阀为节流的控制系统，图２是一种以２个电子膨胀阀为节流的控制系统，图３是一种以１个电磁阀＋热力膨胀阀和１个电子膨胀阀为节流的低成本控制系统。
１．３．２系统工作原理
１）方案１工作模式原理
仅开空调模式：压缩机排出高温高压气态的制冷剂，进入冷凝器，被冷凝成高压液态制冷剂，经过电磁阀１（此时为开启状态）后进入热力膨胀阀１节流，然后进入蒸发器内蒸发吸热，制冷剂蒸发汽化成低温低压的气体，最后回到压缩机内被压缩成高温高压气态制冷剂，构成一个空调制冷循环，此时电磁阀２关闭（图１）。
仅开电池冷却模式：压缩机排出高温高压气态的制冷剂，进入冷凝器，被冷凝成高压液态制冷剂，经过电磁阀２（此时为开启状态）后进入热力膨胀阀２节流，然后进入板式换热器内蒸发吸热，制冷剂蒸发汽化成低温低压的气体，最后回到压缩机内被压缩成高温高压气态制冷剂，构成一个电池冷却制冷循环，此时电磁阀１关闭。
空调和电池冷却同时开模式：压缩机排出高温高压气态的制冷剂，进入冷凝器，被冷凝成高压液态制冷剂，分成两路，一路经过电磁阀１（此时为开启状态）后进入热力膨胀阀１节流，然后进入蒸发器内蒸发吸热，制冷剂蒸发汽化成低温低压的气体，另一路经过电磁阀２（此时为开启状态）后进入热力膨胀阀２节流，然后进入板式换热器内蒸发吸热，制冷剂蒸发汽化成低温低压的气体，两路汇合后回到压缩机内被压缩成高温高压气态制冷剂，构成一个空调和电池冷却制冷循环。
２）方案２工作模式原理
仅开空调模式：压缩机排出高温高压气态的制冷剂，进入冷凝器，被冷凝成高压液态制冷剂，经过电子膨胀阀１节流进入蒸发器内蒸发吸热，制冷剂蒸发汽化成低温低压的气体，后回到压缩机内被压缩成高温高压气态制冷剂，构成一个空调制冷循环，此时电子膨胀阀２关闭。其中电子膨胀阀１开阀步数根据系统过热度来调节（图２）。
仅开电池冷却模式：压缩机排出高温高压气态的制冷剂，进入冷凝器，被冷凝成高压液态制冷剂，经过电子膨胀阀２节流，然后进入板式换热器内蒸发吸热，制冷剂蒸发汽化成低温低压的气体，后回到压缩机内被压缩成高温高压气态制冷剂，构成一个电池冷却制冷循环，此时电子膨胀阀１关闭。其中电子膨胀阀２开阀步数根据系统过热度来调节。
空调和电池冷却同时开模式：压缩机排出高温高压气态的制冷剂，进入冷凝器，被冷凝成高压液态制冷剂，分成两路，一路经过电子膨胀阀１进入蒸发器内蒸发吸热，制冷剂蒸发汽化成低温低压的气体，另一路经过电子膨胀阀２后进入板式换热器内蒸发吸热，制冷剂蒸发汽化成低温低压的气体，两路汇合后回到压缩机内被压缩成高温高压气态制冷剂，构成一个空调和电池冷却制冷循环。其中电子膨胀阀１和电子膨胀阀２开阀步数根据系统过热度来调节。
３）方案３工作模式原理
仅开空调模式：压缩机排出高温高压气态的制冷剂，进入冷凝器，被冷凝成高压液态制冷剂，经过电磁阀１（此时为开启状态）后进入热力膨胀阀１节流，然后进入蒸发器内蒸发吸热，制冷剂蒸发汽化成低温低压的气体，最后回到压缩机内被压缩成高温高压气态制冷剂，构成一个空调制冷循环，此时电子膨胀阀关闭（图３）。
仅开电池冷却模式：压缩机排出高温高压气态的制冷剂，进入冷凝器，被冷凝成高压液态制冷剂，经过电子膨胀阀节流，然后进入板式换热器内蒸发吸热，制冷剂蒸发汽化成低温低压的气体，后回到压缩机内被压缩成高温高压气态制冷剂，构成一个电池冷却制冷循环，此时电磁阀关闭。其中电子膨胀阀开阀步数根据系统过热度来调节。
空调和电池冷却同时开模式：压缩机排出高温高压气态的制冷剂，进入冷凝器，被冷凝成高压液态制冷剂，分成两路，一路经过电磁阀（此时为开启状态）后进入热力膨胀阀节流，然后进入蒸发器内蒸发吸热，制冷剂蒸发汽化成低温低压的气体，另一路经过电子膨胀阀后进入板式换热器内蒸发吸热，制冷剂蒸发汽化成低温低压的气体，两路汇合后回到压缩机内被压缩成高温高压气态制冷剂，构成一个空调和电池冷却制冷循环。其中电子膨胀阀开阀步数根据系统过热度和冷却需求来调节。

２系统方案分析和对比
２．１空调和电池冷却同时开启对稳定性影响对比分析
工况：环境温度为３８℃，设定空调ＬＯ（ＡＵＴＯ），电池冷却自动响应，对比出风和乘员舱面部温度的稳定性影响。

图４系统方案１试验温度曲线
从图４、图５可以看出，当达到电池冷却响应的条件后，方案１响应电池冷却的流量不可控，出风温度和面部温度都以很快的速度往上升高，具体升高到多少不可控，对人体舒适性影响较大，容易引起乘客抱怨，而方案２响应电池冷却的流量可控，能保证出风温度在一定的范围内波动，且缓慢上升，乘员舱面部温度波动很小，对人体舒适性影

图５系统方案２试验温度曲线
响较小。
２．２空调和电池冷却的优先级处理对比分析
工况：环境温度为４５℃以上，电池温度在高温暴晒下静置后达到５０℃左右，乘员舱的温度也达到６０℃以上时，因为整车空间有限和成本各方面考虑，选型一般不会同时满足空调和电池均为最大负荷的工况。在此情况下做一部分取舍，优先给电池降温，保证电池的安全性能。
对于方案１，通常情况下空调侧无论是热力膨胀阀的制冷量和蒸发器的换热能力都会比电池冷却侧热力膨胀阀的制冷量和板式换热器的换热能力大，因此，为保证电池冷却能够分配足够的冷量只能选择完全牺牲空调，这样就无法给空调降温；而方案２，可以选择将电子膨胀阀开到系统安全的极限位置，将最多的制冷剂流量分配到电池冷却处，使水温快速达到目标温度，将电池的热量以最快速度带出来来降低电池温度，保证安全性，多余的制冷剂流量输送到蒸发器处给乘员舱降温，在保证优先电池冷却的前提下，还能给乘员舱一定降温。
２．３３个方案的对比
方案１热力膨胀阀是机械件，为达到性能最优，不同热负荷下需要匹配不同开度的热力膨胀阀，需要更多的研发成本和物料管控；方案２电子膨胀阀开度可根据实际需求控制，选型时可适当放大，通用性强，易平台化；在空调开启过程中，响应电池时，方案２可保证乘员舱的出风温度和面部稳定性；在需要优先电池冷却时，方案２可保证电池冷却侧最大制冷的情况下兼顾空调制冷；方案２性能优于方案１，方案３性能介于方案１和方案２之间；方案３成本低于方案２，高于方案１。
３结束语
对于空调系统和电池冷却系统方案，可以通过性能和成本选择不同的方案。未来电动汽车对续航里程要求越来越高，电池冷却必不可少，空调和电池冷却的配合应用也越来越重要。因此，如何能使空调效果和空调舒适性达到最佳，同时也能使电池在最佳的工作温度下工作，是后续研究的重点工作方向。