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摘 要：电动汽车空调系统可以给乘客提供一个良好的乘车环境，并能够防止车窗玻璃结霜，使驾驶员保持清晰的视野，为安全驾驶提供基本保证。本文通过整车空调采暖、降温、除霜、除雾、高温舒适性和低温舒适性等几个试验，通过客观数据与主观评价相结合的方式，全方位、多维度的整车空调性能进行评价。
关键词：电动汽车 空调系统 性能
Study on the Thermal Runaway of Lithium-ion Battery for Electric Vehicle
Yao Chaohua Hua Youguo
Abstract：The electric vehicle air-conditioning system can provide passengers with a good riding environment， and can prevent the window glass from frosting， so that the driver can maintain a clear vision and provide basic guarantee for safe driving. In this paper， through several tests of vehicle air-conditioning heating， cooling， defrosting， defogging， high temperature comfort and low temperature comfort， through the combination of objective data and subjective evaluation， comprehensive and multi-dimensional vehicle air conditioning performance is evaluated.
Key words：electric vehicle air conditioning system performance
1 引言
近年來，由于政府支持及各行业的不懈努力，电动汽车得到大力发展[1]。汽车空调作为电动汽车不可分割的一部分，可以对汽车内空气的温度、湿度、清洁度、风度和通风等进行自动调节，并使车内空气以一定的速度和方向流动，给乘客提供一个良好的乘车环境，保证在各种外界气候和条件下使乘客都处于一个舒适的空气环境中，并能够防止车窗玻璃结霜，使驾驶员保持清晰的视野，为安全驾驶提供基本保证。因此，不管是传统的燃油车还是电动汽车，空调系统都极为重要。
电动汽车车内一个运行良好的空调系统可用温度、湿度、空气流动性、换气性能、空气质量和舒适度等几方面的数据来衡量。本文通过电动汽车整车空调采暖、降温、除霜、除雾、高温舒适性和低温舒适性等几个试验，全方面、多角度的评价整车空调性能。
2 研究内容
2.1 试验说明
本文在整车高低温环境模拟仓（型号瑞灏翔 GDWHJ1000）进行，共开展降温、采暖、除霜、除雾以及室内高温、低温舒适性评价6个试验。
2.2 试验工况（表1）
2.3 试验数据
试验前，需要对整车进行温度、电压和压力采集。试验过程中，需要全程监控各参数变化。
（1）电压采集：鼓风机电压、冷却风扇电压;
（2）压力采集：空调系统进出口的高低压。
（3）温度采集：座舱内部与外部。①内部温度传感器布点主要有：空调外循环进风口温度、空调内循环回风口温度、出面出风口温度、脚部出风口温度、除霜除雾出风口温度、座椅头部温度和座椅脚部温度。②外部主要有：环境温度、冷凝器前后温度、压缩机进/出口温度、冷凝器进/出口温度、膨胀阀进/出口温度、PTC进/出水进口温度、蒸发器前/后温度。
3 结果分析
3.1 最大采暖性能
电动汽车的空调系统的动力全部来自于动力电池蓄电池。空调系统的能耗直接影响着整车的经济性和续驶里程[2]。不论是夏季制冷还是冬季采暖，空调都是纯电动汽车的能耗大户，冬季采暖尤为明显[3]。寒冷的冬季，汽车空调可以给车内驾乘员提供足够的温暖，避免低温使驾驶员四肢僵硬，给行车带来安全隐患。
传统汽油车采暖使用的发动机余温提供热源，而本文中所述的电动汽车采暖是用PTC直接加热空气，车外冷空气经过热加热器表面，将空气加热，并送入车内，这种方案的成本较低。为了验证采暖的最大性能，本文在城市低速道路+停车+高速道路三种工况连续进行，观察车内外座舱各温度点的变化。
如图1所示，-18℃外温，40km/h时，40min内车内平均温度从-18℃上升到25℃，基本可以达到舒适;怠速时，温度持续上升到29℃，最后切换到100km/h时，车内平均温度稳定在31℃。在整个80min的试验中，前40min空调系统给车内创造了相对温度的环境，温度变化速率从最大的0.09℃/s→0.05℃/s→0.03℃/s→0.01℃/s→0℃/s，最终趋于稳定。此款空调系统不仅温度上升快，到试验结尾时仍可以维持适宜驾乘人员的温度。
3.2 最大降温性能
与采暖试验相同，降温试验，需要模拟夏季实际使用环境。首先将整车在40℃环境模拟仓中，高温暴晒2h，当环境仓内头部平均温度达到65℃时开展试验。本文采用静止条件下全冷模式降温30min，比整车在低速或高速时运行，工况更加严苛。
如图2所示，40℃外温，全冷、内循环，车内平均温度30min内从54℃下降到27℃;而当转换为外循环时，车内平均温度开始缓慢上升，30min时，稳定在31℃。从主观评价角度，当外温40℃，车内平均温度31℃，舒适度等级：微热。这种情况下，需要考虑空调的制冷效果和制冷能力是否达到最优，比如制冷剂充注量是否足够，空调压缩机的转速是否可以加大，HVAC制冷能力是否最优等因素。 3.3 除霜除雾性能
汽车的除霜除雾性能必须要满足GB 11555强制性法规，主要用于恢复驾驶员视野。除霜是为了融化汽车风窗玻璃外表面的霜或冰，除雾则是用于消除风窗玻璃内表面的雾或内表面凝结物，除霜除雾两个系统用的同一个风道，同一个出风口。两个系统考核的性能指标也大体相同。
除霜在-18℃环境下，在人工制霜结束后，需每隔5min记录下前风窗玻璃除霜的消散轨迹;而除雾则是在-3℃环境下，每隔1min记录下前风窗玻璃内表面的雾的消散轨迹。
如图3所示，左图为前挡风玻璃除霜轨迹消散图，20min时前风窗A区消散面积已达到100%，B区的消散面积也在25min时达到100%。右图为前挡风玻璃除雾轨迹图，A区、B区除雾分别在5min和7min时，100%消散。两个系统均符合国家标准要求。
3.4 高温舒适性评价
高温舒适性通常在每年7～8月，在我国海南或新疆吐鲁番夏季试验中进行。由于道路试验在室外进行，受空间与气候条件的限制，自然条件不可控，成本高、周期长，试验重复性和一致性差。而在室内环境模拟仓进行的试验，可以不受自然条件的约束，随时开展，减少项目开发周期。
高温舒适性评价，通常主要进行市区工况（快速降温20min+温度维持20min）、市郊工况（高速20min）、静止（20min）三个连续工况。采用人体对温度的冷热感知，按照主观评价七分制进行评分，身体各部位及整体均需进行评价，高温以面部、整体评分为主。当评价分数在-0.5分～0.5分之间，属于舒适性区间;评分在0.5分～1分之间，舒适性可接受。评分在1～3，不可接受。
如表2所示某纯电动汽车的高温舒适性主观评价打分表，40℃环境下，快速降温阶段，试验进行20min时，前排主副驾均达到舒适，副驾膝部与脚部微热。舒适性维持阶段，100km/h时，微热，舒适性不能维持。保温阶段温度明顯上升，舒适性降低。本款电动车高温舒适性可接受。
3.5 低温舒适性评价
低温舒适性采用与高温舒适性评价一致的评价原则。低温以脚部、整体评分为主。当评分在-0.5～0.5时，属于舒适性区间;评分在-0.5分～-1分之间，低温舒适性可接受，稍冷。评分在-3～-1，很冷，低温舒适性不可接受。
4 小结
本文仅阐述了衡量空调温度性能的几个基础试验，但评价一辆汽车的空调系统的性能好坏，不仅仅只看空调的制冷和采暖能力，还有几个指标需要考虑：①湿度。人体感受最舒适的相对湿度范围在50%～70%，尤其夏季，需要时刻将空气的湿度保持在此范围内，维持人体舒适度。②空气的清新度。汽车空间有限，在夏季或冬季持续开空调极易产生缺氧或二氧化碳浓度过高，而且道路中的粉尘等极易造成车内空气混浊，影响加乘人员的健康，因此需要对过滤功能进行测试，保证舱内空气清新度。③人机交互、操作界面，简明方便。不能影响驾驶视线，给驾驶人员增加负担。
参考文献：
[1]孙逢春. 电动汽车发展现状及趋势[J]. 科学中国人，2006（8）：44-47.
[2]Lindgren J，Lund P D. Effect of extreme temperatures on battery charging and performance of electric vehicles[J]. Journal of Power Sources， 2016， 328（OCT.1）：37-45.
[3]Kambly K R，Bradley T H . Estimating the HVAC energy consumption of plug-in electric vehicles[J]. Journal of Power Sources， 2014， 259（aug.1）：117-124.
关键词：电动汽车 空调系统 性能
Study on the Thermal Runaway of Lithium-ion Battery for Electric Vehicle
Yao Chaohua Hua Youguo
Abstract：The electric vehicle air-conditioning system can provide passengers with a good riding environment， and can prevent the window glass from frosting， so that the driver can maintain a clear vision and provide basic guarantee for safe driving. In this paper， through several tests of vehicle air-conditioning heating， cooling， defrosting， defogging， high temperature comfort and low temperature comfort， through the combination of objective data and subjective evaluation， comprehensive and multi-dimensional vehicle air conditioning performance is evaluated.
Key words：electric vehicle air conditioning system performance
1 引言
近年來，由于政府支持及各行业的不懈努力，电动汽车得到大力发展[1]。汽车空调作为电动汽车不可分割的一部分，可以对汽车内空气的温度、湿度、清洁度、风度和通风等进行自动调节，并使车内空气以一定的速度和方向流动，给乘客提供一个良好的乘车环境，保证在各种外界气候和条件下使乘客都处于一个舒适的空气环境中，并能够防止车窗玻璃结霜，使驾驶员保持清晰的视野，为安全驾驶提供基本保证。因此，不管是传统的燃油车还是电动汽车，空调系统都极为重要。
电动汽车车内一个运行良好的空调系统可用温度、湿度、空气流动性、换气性能、空气质量和舒适度等几方面的数据来衡量。本文通过电动汽车整车空调采暖、降温、除霜、除雾、高温舒适性和低温舒适性等几个试验，全方面、多角度的评价整车空调性能。
2 研究内容
2.1 试验说明
本文在整车高低温环境模拟仓（型号瑞灏翔 GDWHJ1000）进行，共开展降温、采暖、除霜、除雾以及室内高温、低温舒适性评价6个试验。
2.2 试验工况（表1）
2.3 试验数据
试验前，需要对整车进行温度、电压和压力采集。试验过程中，需要全程监控各参数变化。
（1）电压采集：鼓风机电压、冷却风扇电压;
（2）压力采集：空调系统进出口的高低压。
（3）温度采集：座舱内部与外部。①内部温度传感器布点主要有：空调外循环进风口温度、空调内循环回风口温度、出面出风口温度、脚部出风口温度、除霜除雾出风口温度、座椅头部温度和座椅脚部温度。②外部主要有：环境温度、冷凝器前后温度、压缩机进/出口温度、冷凝器进/出口温度、膨胀阀进/出口温度、PTC进/出水进口温度、蒸发器前/后温度。
3 结果分析
3.1 最大采暖性能
电动汽车的空调系统的动力全部来自于动力电池蓄电池。空调系统的能耗直接影响着整车的经济性和续驶里程[2]。不论是夏季制冷还是冬季采暖，空调都是纯电动汽车的能耗大户，冬季采暖尤为明显[3]。寒冷的冬季，汽车空调可以给车内驾乘员提供足够的温暖，避免低温使驾驶员四肢僵硬，给行车带来安全隐患。
传统汽油车采暖使用的发动机余温提供热源，而本文中所述的电动汽车采暖是用PTC直接加热空气，车外冷空气经过热加热器表面，将空气加热，并送入车内，这种方案的成本较低。为了验证采暖的最大性能，本文在城市低速道路+停车+高速道路三种工况连续进行，观察车内外座舱各温度点的变化。
如图1所示，-18℃外温，40km/h时，40min内车内平均温度从-18℃上升到25℃，基本可以达到舒适;怠速时，温度持续上升到29℃，最后切换到100km/h时，车内平均温度稳定在31℃。在整个80min的试验中，前40min空调系统给车内创造了相对温度的环境，温度变化速率从最大的0.09℃/s→0.05℃/s→0.03℃/s→0.01℃/s→0℃/s，最终趋于稳定。此款空调系统不仅温度上升快，到试验结尾时仍可以维持适宜驾乘人员的温度。
3.2 最大降温性能
与采暖试验相同，降温试验，需要模拟夏季实际使用环境。首先将整车在40℃环境模拟仓中，高温暴晒2h，当环境仓内头部平均温度达到65℃时开展试验。本文采用静止条件下全冷模式降温30min，比整车在低速或高速时运行，工况更加严苛。
如图2所示，40℃外温，全冷、内循环，车内平均温度30min内从54℃下降到27℃;而当转换为外循环时，车内平均温度开始缓慢上升，30min时，稳定在31℃。从主观评价角度，当外温40℃，车内平均温度31℃，舒适度等级：微热。这种情况下，需要考虑空调的制冷效果和制冷能力是否达到最优，比如制冷剂充注量是否足够，空调压缩机的转速是否可以加大，HVAC制冷能力是否最优等因素。 3.3 除霜除雾性能
汽车的除霜除雾性能必须要满足GB 11555强制性法规，主要用于恢复驾驶员视野。除霜是为了融化汽车风窗玻璃外表面的霜或冰，除雾则是用于消除风窗玻璃内表面的雾或内表面凝结物，除霜除雾两个系统用的同一个风道，同一个出风口。两个系统考核的性能指标也大体相同。
除霜在-18℃环境下，在人工制霜结束后，需每隔5min记录下前风窗玻璃除霜的消散轨迹;而除雾则是在-3℃环境下，每隔1min记录下前风窗玻璃内表面的雾的消散轨迹。
如图3所示，左图为前挡风玻璃除霜轨迹消散图，20min时前风窗A区消散面积已达到100%，B区的消散面积也在25min时达到100%。右图为前挡风玻璃除雾轨迹图，A区、B区除雾分别在5min和7min时，100%消散。两个系统均符合国家标准要求。
3.4 高温舒适性评价
高温舒适性通常在每年7～8月，在我国海南或新疆吐鲁番夏季试验中进行。由于道路试验在室外进行，受空间与气候条件的限制，自然条件不可控，成本高、周期长，试验重复性和一致性差。而在室内环境模拟仓进行的试验，可以不受自然条件的约束，随时开展，减少项目开发周期。
高温舒适性评价，通常主要进行市区工况（快速降温20min+温度维持20min）、市郊工况（高速20min）、静止（20min）三个连续工况。采用人体对温度的冷热感知，按照主观评价七分制进行评分，身体各部位及整体均需进行评价，高温以面部、整体评分为主。当评价分数在-0.5分～0.5分之间，属于舒适性区间;评分在0.5分～1分之间，舒适性可接受。评分在1～3，不可接受。
如表2所示某纯电动汽车的高温舒适性主观评价打分表，40℃环境下，快速降温阶段，试验进行20min时，前排主副驾均达到舒适，副驾膝部与脚部微热。舒适性维持阶段，100km/h时，微热，舒适性不能维持。保温阶段温度明顯上升，舒适性降低。本款电动车高温舒适性可接受。
3.5 低温舒适性评价
低温舒适性采用与高温舒适性评价一致的评价原则。低温以脚部、整体评分为主。当评分在-0.5～0.5时，属于舒适性区间;评分在-0.5分～-1分之间，低温舒适性可接受，稍冷。评分在-3～-1，很冷，低温舒适性不可接受。
4 小结
本文仅阐述了衡量空调温度性能的几个基础试验，但评价一辆汽车的空调系统的性能好坏，不仅仅只看空调的制冷和采暖能力，还有几个指标需要考虑：①湿度。人体感受最舒适的相对湿度范围在50%～70%，尤其夏季，需要时刻将空气的湿度保持在此范围内，维持人体舒适度。②空气的清新度。汽车空间有限，在夏季或冬季持续开空调极易产生缺氧或二氧化碳浓度过高，而且道路中的粉尘等极易造成车内空气混浊，影响加乘人员的健康，因此需要对过滤功能进行测试，保证舱内空气清新度。③人机交互、操作界面，简明方便。不能影响驾驶视线，给驾驶人员增加负担。
参考文献：
[1]孙逢春. 电动汽车发展现状及趋势[J]. 科学中国人，2006（8）：44-47.
[2]Lindgren J，Lund P D. Effect of extreme temperatures on battery charging and performance of electric vehicles[J]. Journal of Power Sources， 2016， 328（OCT.1）：37-45.
[3]Kambly K R，Bradley T H . Estimating the HVAC energy consumption of plug-in electric vehicles[J]. Journal of Power Sources， 2014， 259（aug.1）：117-124.