内燃机驱动目前依然是汽车行业的主流。面对化石能源的日益枯竭以及环球景象变暖导致的冰川融化等问题，天下各国都在采纳各种环保和减排方法以减少内燃机的运用，并大力发展零排放的“绿色汽车”作为内燃机的替代方案。个中，电动汽车、燃料电池汽车和稠浊动力汽车逐渐成为了一个主要且已经广泛运用的办理路子。我国已经成为了环球电动汽车市场增长最快的国家之一，而随着“特斯拉”超级工厂2019年正式落户上海并投入生产，中国的电动汽车行业将迎来进一步的大幅增长。
现如今，电动汽车中多采取高能量密度的锂电池。但是，锂电池在事情中的发热情形将导致电池温度升高，降落电池效率并危害电池寿命，严重时乃至导致动怒事件。同时，在电动汽车的空调制冷或制热系统运行的情形下，电池性能及续航里程可能因此减少40%以上。因此，大略高效的电池温度掌握及电池系统的热管理对电动汽车的性能和续航里程十分关键。
空想的锂电池事情温度为15～35℃之间，须要保持在最高45℃以下，而充电温度不能高于60℃。电动汽车发展的早期，电池的冷却多采取主动或被动风冷技能，紧张由于其本钱低廉且构造大略。但是，其换热效率较低，占用空间较大且温度不屈均。
对付电池组来说，温度的不屈均性将严重影响全体系统的寿命。因此，随着电池能量密度的增大，液冷逐渐成为了目前主流的电池冷却办法，其换热量可以达到相同条件下的空冷换热量的3倍以上。个中，利用制冷剂蒸发来接管电池冷却液的热量受到了重点关注，由于其换热量大并且可以通过与汽车里的空调系统循环结合来实现。
直接将制冷剂与电池组耦合换热的办法同样会带来温度不屈均和占用空间较大的问题，以是常日采取的办法如图1所示，在普通汽车空调系统中，增加一个铝制钎焊板式换热器（电池冷却器，chiller）与空调蒸发器并联，将部分冷量用于产生冷却液进入电池冷却板，均匀冷却电池组。这样，压缩机系统产生的制冷量可以同时运用于汽车内部环境温度调控和电池组冷却液温度掌握，相互独立。
因此，电池冷却器（chiller）成为了液冷电动汽车中调节电池组温度的关键部件，增强其换热效果可以降落所需的压缩机转速或者制冷剂排量，从而减少耗电量而提升续航里程和行驶性能。但是由于车体内部空间限定，不宜采取体积过大的换热器作为电池冷却器来增强换热效果，因而一样平常采取紧凑小巧的板式换热器。为了进一步提高换热器的换热效果，常日的做法是在板式换热器的流道内部设计湍流发生构造，沿流向阻断流动和温度边界层，增强入口效应，终极提高换热效率。
虽然针对板式换热器的沸腾流动换热的试验和仿照研究已经相对较多，但是专门面向电动汽车电池冷却器的试验系统搭建和测试的研究宣布仍旧十分罕见。张荣荣等剖析了电子膨胀阀在图1所示的双蒸发器系统里的浸染和上风，但是详细的试验测试设备配置及试验平台构造未做详细解释。之后，张春秋等搭建了电动汽车冷却系统试验平台，剖析了电池冷却器回路和汽车空调回路在一些工况下的相互影响，但未就电池冷却器本身进行详细性能剖析。
针对最新设计的带有湍流发生构造的电池冷却器，本文将搭建完全的制冷剂侧和冷却液侧的循环回路及相应的试验测试设备，形成稳定可靠的电池冷却器性能测试平台，并通过不同工况的试验来剖析总结其冷却性能及受不同工况条件的影响。
1电池冷却器及试验测试系统
1.1电池冷却器（chiller）简介
试验采取的电池冷却器实物如图2所示。冷媒侧和冷却液侧各由21层板片叠装，每层板片的尺寸为92.0mm×56.0mm×1.4mm，各层流道之间为并联流动。冷媒和电池冷却液两侧的流动呈逆流支配，以加强换热效果。正常事情时，冷媒入口处呈两相蒸发状态，而冷媒出口处为过热状态。
1.2试验测试系统
搭建的试验测试台如图3所示，紧张包括4个循环：水冷冷凝循环（图3左侧），用来冷凝被压缩后的气态冷媒；水冷过冷循环（图3底部），在须要时启动，同样用来冷却高压冷媒，以确保被冷凝后的冷媒进入过冷状态；冷却液循环（图3右侧），本文中采取汽车中常用的50%乙二醇溶液，以测试电池冷却器对其的冷却性能；制冷循环（图3中间），本文的测试中采取R134a作为制冷工质，通过其在低压段的两相蒸发过程来接管电池冷却器中冷却液的热量。
这样，从电池冷却器中出来的低压过热冷媒，经由气液分离器进入压缩机。被压缩后的高压冷媒蒸汽进入水冷冷凝器，冷凝后的冷媒再经由过冷器确保其进入过冷状态。之后，过冷的高压冷媒通过电子膨胀阀节流，达到低压两相状态并进入电池冷却器蒸发吸热。
除了电池冷却器，图3中所示的各个部件的型号和紧张参数见表1。图3中所采取的各个传感器的参数见表2。
试验测试掌握系统利用MATLAB进行编写，采取PCB烧录程序，天生掌握板。上位机界面包含各个丈量参数的标号和单位。本软件紧张用于系统的程序掌握，通过输入压缩机的干系参数（转速、许可功率、开关状态等）来掌握压缩机的运行工况，并将压缩机返回的实际状态例如电流、电压、实际转速以及当工况不符合压缩机运行条件时的缺点信息显示在界面中，从而及时调度压缩机的运行状态。其余，可以及时显示系统各项参数来不雅观测其运行状态，例如换热器的进出口温度，吸排气温度、压力等。
2试验测试方法及性能指标
2.1测试方法及试验重复性验证
按照《中华公民共和国机器行业标准制冷用板式换热器JB/T8701—2018》中板式换热器热工性能测定的哀求，每组工况测试时至少稳定30min。稳定之后，在测试结果选取最近15min工况并取均匀。
依照这种测试方法，首先对几组相同工况（冷却液侧流量、入口温度，冷媒侧出口压力、出口过热度等均相同，基准工况见表3）在不同的韶光进行了测试，得到的冷却后chiller出口的冷却液温度差别在1%以内，验证了试验测试系统及测试方法的稳定性和结果的重复性。
2.2电池冷却器换热量打算
试验测试结束后，本文中电池冷却器的换热功率可以根据冷却液侧（50%乙二醇）测定的数据按式（1）打算。
如式(2)所示，冷媒流量可以利用压缩机的功耗、效率和压缩机的进出口焓差估算。
但是，压缩机的整体综合效率ηcomp与转速和运行工况等均干系，在0.6～0.8之间浮动，无法大略确定。一样平常来说，转速越高，效率越高。
近似认为膨胀阀前后等焓，电池冷却器进出口焓差可以由其出口过热的冷媒温度和膨胀阀入口过冷的冷媒温度打算。然后根据估算的冷媒流量，就可以利用冷媒进出口焓差打算得到冷媒侧的换热功率。
反过来，如忽略铝制板壁的热阻，认为冷却液侧测得的换热功率即为制冷剂侧的换热功率（Qr=Qc），则也可以用于估计冷媒的流量［式(3)］和压缩机的整体综合效率［式(4)］。
打算中所有涉及的冷却液和制冷剂物性利用CoolProp打算。
2.3试验偏差剖析
根据偏差通报公式，可知试验测试打算得到的电池冷却器换热功率［式(1)］可以由式(5)打算。
由表2的传感器参数可知，冷却液侧流量的最大绝对偏差σṁ为0.2L/min，温度的最大绝对偏差σT为0.5℃。按照试验测试工况中冷却液侧流量以及进出口水温，由式(5)可打算出，测得的电池冷却器换热量的相对偏差在3.9%旁边。
3结果与谈论
试验测试中的基准工况仍旧见表3。变工况的试验测试将在此基准工况的根本上分别改变chiller出口过热度、出口压力、冷却液侧流量、冷却液入口温度。
3.1chiller出口过热度
电池冷却器中的冷媒首先经历了温度基本不变的两相蒸发状态，然后在完备汽化后连续吸热温度升高，其出口处温度高于对应压力的饱和温度的程度即为过热度（表3中SH3）。在相同的蒸发压力下，过热度的变革也就代表着chiller冷媒出口温度的变革。
测得的换热功率和chiller两侧流阻随过热度（5～13℃）的变革趋势如图4所示。可以看到，从较低的chiller冷媒侧出口过热度工况到较高的过热度工况，由于冷却液侧状态险些无变革，故冷却液侧流阻也险些无变革。而冷媒侧流阻变革相对较明显，随着过热度的增加而减小（从过热度5℃时的7.93kPa逐渐低落到过热度13℃时的5.99kPa），由于过热度越大，气态过热段也就越大，相应的流阻就会减小。同样地，由于气态过热段的增大，且气态冷媒和冷却液间的换热比较冷媒蒸发段较差，故换热功率也随着过热度的增大而有所低落，从过热度5℃时的2.04kW逐渐低落到过热度13℃时的1.79kW。根据换热量和压缩机耗功打算出的压缩机效率在0.6～0.7之间颠簸。
3.2chiller冷媒蒸发压力
电池冷却器中的冷媒紧张依赖其蒸发过程接管冷却液侧的热量。其蒸发压力直接决定了蒸发温度以及chiller两侧的换热温差。
由于冷媒在chiller中也存在压降，无法准确得到蒸发压力，因此选取chiller冷媒侧出口压力作为工况调度参数（0.25～0.35MPa），测得的换热功率和chiller两侧流阻随冷媒出口压力的变革趋势如图5所示。由于冷媒蒸发温度随蒸发压力升高而增加，因此在冷却液侧状态不变的情形下，换热温差会逐渐减小。于是，从较低的chiller蒸发压力工况（0.25MPa）到较高的蒸发压力工况（0.35MPa），换热功率有明显低落，从2.61kW低落到1.79kW，但低落趋势逐渐减缓。冷媒侧流阻随chiller蒸发压力的变革趋势与换热功率基本同等（从13.6kPa低落到5.96kPa），这是由于随着换热效果变差，所需的冷媒流量变小，流阻也就随之减小。由于冷却液侧工况险些无变革，冷却液侧流阻也险些不变。根据换热量和压缩机耗功打算出的压缩机效率同样在0.6～0.7之间颠簸。
3.3冷却液流量及入口温度
在电动汽车事情时，用于冷却电池的冷却液的温度会随着电池功率输出和温度的变革而变革，因此须要考虑不同冷却液入口温度的工况，按照锂电池正常事情温度范围，考虑了15～40℃的冷却液入口温度。而为了调节冷却液温度进而调节电池温度，冷却液的流量也须要是可调节的。
因此，在不同的冷却液流量下（8、12、16L/），测试了不同冷却液温度工况下的电池冷却器事情情形，如图6所示。在所有冷却液流量下，换热功率和冷媒侧流阻都随着冷却液入口温度的升高而升高，变革趋势基本同等。相同的chiller蒸发压力下，更高的冷却液入口温度意味着更大的换热温差，因此换热功率也就越大。同时，更大的换热功率会须要更大的冷媒流量，也就导致了更大的冷媒侧流阻。其余，同样冷却液流量下，温度越高，冷却液黏性越小，因此冷却液侧流阻随温度升高略有低落。
横向比拟不同流量下的chiller换热性能可以创造，冷却液侧进出口压差水平随着更大的冷却液流量显然大幅增加。更大的冷却液流量也增强了冷媒和冷却液之间的换热，因此chiller换热量也随之逐步提高。在最大的冷却液流量（16L/min）和最高的冷却液入口温度（40℃）工况下，此小型chiller的换热功率可以达到5.6kW，使出口冷却液降至34℃旁边。图6中所有工况打算得到的压缩机效率在0.65～0.78之间颠簸。
4结论
针对液冷电动汽车中调节电池组温度的小型紧凑的电池冷却器（chiller）设计和搭建了相应的性能测试系统，并对一个新设计的电池冷却器进行了试验测试和冷却性能剖析，得到以下结论。
（1）搭建的chiller性能测试系统在国家标准哀求的测试方法下试验结果稳定，具有良好的重复性；
（2）比较于冷媒蒸发压力对chiller冷却性能的影响，冷媒侧的出口过热度变革对换热功率和流阻的影响较小；
（3）冷却液侧温度和流量的提升均可以明显提升换热功率；
（4）在所有工况下，冷媒侧流阻与换热功率的变革趋势总是基本同等；
（5）在所有工况下，打算得出的压缩机效率在～0.8之间颠簸；
（6）在所有工况中，此小型电池冷却器的换热功率最大达到了5.6kW。
未来将对试验系统进行进一步改造升级，紧张包括：压缩机和冷凝器间增加油分离器，以减少压缩机中润滑油对冷媒循环的影响；在膨胀阀前增加冷媒质量流量计，以准确测得冷媒流量；编写自动掌握程序，以自动调节设定工况等。
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