某电动汽车整车热负荷仿真模型的建立及分析

李韦林，郑旭阳，刘成龙，路宽宽

（1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心，河北 071000）

1 建立整车热负荷仿真模型

1.1 确定相关参数

（1）确定运行温度。热负荷主要的测试仿真时间，为夏季电动汽车运行过程时段。因此，根据国内夏季车内情况，确定运行温度为38℃。

（2）其他运行参数确定。确定好运行温度后，根据影响整车热负荷的因素，包括太阳辐射情况、车身容积、空调情况、玻璃透射情况、车内设施面积以及车窗面积等，进行相关参数的确定。具体参数数值如下：环境湿度40%；太阳热辐射800W/㎡；车身容积4.17m3；空调出风口流量805m3/h；强挡风玻璃面积5.05㎡；仪表盘面积1.2㎡；侧窗面积总面积0.304㎡；天窗面积0.88㎡。

（3）确定车速参数。车速在运行过程中，会造成车内空气和外部空气的对流，形成换热。因此，在进行热负荷仿真模型的参数设定过程中，也要考虑车速的影响。通过确定实际车辆在高温环境中的车速情况，确定模拟数据为，首先车速为0，即车辆在高温环境中暴晒一个小时。然后，将汽车的行驶过程分为三个时间段。分别为60km/h行驶一小时、怠速行驶半小时、120km/h行驶一小时。

1.2 热负荷仿真模型建立

（1）车内舱模型建立。热负荷的主要空气热能存储位置，就是车内舱的空气位置。我们将车内舱界定为一个整体的换热空气集合，将其中的空调系统作为改变其热空气热能温度变化的输入参数量，建立起空调系统模拟模型。车内舱空调系统的模拟模型为：在汽车处于未运行时段时，空调未出风；汽车行驶过程中，空调出风，出风口温度为35℃；行驶至1小时，出风口温度为25℃；行驶至1小时26分钟时，出风口温度为17℃；行驶至1小时57分钟时，出风口温度为13℃。

（2）前挡风玻璃模型建立。前挡风玻璃热辐射主要考虑两个方面，一是太阳光通过玻璃，进行车辆传递，将热量带到车舱内；二是仪表盘接收前挡风玻璃照射的太阳管，缠身热辐射，造成对流换热。

（3）顶棚模型建立。顶棚模型建立通过顶棚的传热系数以及顶棚面积进行确定。顶棚材料自身会吸收太阳辐射，造成自身温度高于外界温度。

（4）侧门板模型建立。侧门板模型建立主要考虑侧门板的传热系数以及侧门板的面积。另外需要注意的是，侧门板上的车身维护结构，也是可能影响热负荷的主要部分之一。

（5）天窗、侧窗、后窗模型建立。天窗、侧窗以及后窗，通过其玻璃透射属性，其模型建立可以参考前挡风玻璃模型建立，进行理论参照。需要注意的是，太阳光通过天窗、侧窗以及后窗进行透射，会将热量带给车舱内设施，例如座椅等。因此，要考虑座椅等设施对热辐射的吸收引起的温度升高。

（6）电池包散热模型建立。电动汽车电池包，在运行过程中，会产生热能，并向车舱内进行热传递。但电池包本身，会采取液冷冷却方式进行冷却，有一定的冷却作用。因此，在建立电池包散热模型过程中，主要参考车底的传热系数、电池包的面积，同时要考虑经过冷却后的电池包温度。

（7）人体散热量。驾驶员和乘客的散热量要进行统一考量。其中，驾驶员散热数量取值为1，乘客取值为车型限制量最大值。

（8）漏风损失模型建立。漏风损失是在热负荷模型建立中，容易被忽视的一项。这项模型的建立，有利于实现总体热负荷模型的准确度。提升其参考意义。漏风损失模型主要考虑漏风带入乘客舱的热负荷，以及车身漏风量。同时要结合该温度下的空气密度。

2 整车热负荷仿真模型结论分析

文章研究的热负荷仿真模型，外界环境参数设定为38℃。车辆行驶情况为，高温环境中暴晒一个小时，60km/h和120km/h行驶一小时、怠速行驶半小时。并设定最终车舱目标温度为26℃。

通过以上模型建立进行仿真模拟，可以得出以下实验结论：

（1）在38℃环境下，汽车车舱温度一小时后达到67℃。

（2）一小时开启空调后，汽车以60km/h，行驶一小时，车舱温度下降至40℃。

（3）车辆进入半小时怠速行驶够，温度下降变缓。半小时后车舱温度下降至33℃。

（4）进入120km/h行驶一小时过程中，温度再次快速下降。最终温度下降至27℃。

通过对以上热负荷仿真模型模拟结论，以及模型设计的参数整理进行分析，我们可以确定一下几点：①空调出风口温度和车舱内温度存在极大温差时，车舱内部对换流剧烈，整车的热负荷在启动车辆的初始阶段达到最大。②挡风玻璃通过太阳辐射会造成整车热负荷的增加，从材料特性和摆放角度两方面可以进行调整，实现降低热负荷的作用。材料方面，前挡风玻璃采用的玻璃原料的透射比越高，其太阳辐射越高，带来热负荷越大。玻璃的摆放角度倾角越小，获得的热负荷越大。

3 结语

建立电动汽车整车热负荷仿真模型，需要进行车内舱模型建立、前挡风玻璃模型建立、天窗、侧窗、后窗模型建立、漏风损失模型建立等。通过建立电动汽车整车热负荷仿真模型，可以找到车内热负荷提升的影响因素，从而提出解决措施，提升能源利用率。