电动汽车集成热管理研究进展

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 电动汽车集成热管理研究进展 姚孟良甘云华梁嘉林李勇 Research progress in integrated thermal management of electric vehicles YAO Meng-liang.GAN Yun-hua,LIANG Jia-lin,LI Yong 引用本文： 姚孟良，甘云华，梁嘉林，李勇.电动汽车集成热管理研究进展[J.工程科学学报，2020,42(4)：412-422.doi: 10.13374j.issn2095-9389.2019.12.20.003 YAO Meng-liang,GAN Yun-hua,LIANG Jia-lin,LI Yong.Research progress in integrated thermal management of electric vehicles[J].Chinese Journal of Engineering,2020,42(4):412-422.doi:10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.20.003 在线阅读View online::htps:/doi.org/10.13374.issn2095-9389.2019.12.20.003 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 基于增强学习算法的插电式燃料电池电动汽车能量管理控制策略 Energy management control strategy for plug-in fuel cell electric vehicle based on reinforcement learning algorithm 工程科学学报.2019.41(10：1332 https:/doi.org/10.13374j.issn2095-9389.2018.10.15.001 纯电动车用锂离子电池发展现状与研究进展 Development status and research progress of power battery for pure electric vehicles 工程科学学报.2019,41(1：22htps:1doi.org/10.13374j.issn2095-9389.2019.01.003 混合选别过程半实物仿真系统 A hardware-in-the-loop simulation system for the mixed separation process 工程科学学报.2017,399%：1412htps:1doi.org/10.13374j.issn2095-9389.2017.09.015 脉动热管的理论研究与应用新进展 New progress in the theoretical research and application of pulsating heat pipe 工程科学学报.2019,41(9%：1115 https:1oi.org10.13374.issn2095-9389.2019.09.002 微热管阵列应用于锂电池模块的散热实验 Experiment on heat dispersion of lithium-ion battery based on micro heat pipe array 工程科学学报.2018.40(1：120 https:/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.01.015

电动汽车集成热管理研究进展 姚孟良 甘云华 梁嘉林 李勇 Research progress in integrated thermal management of electric vehicles YAO Meng-liang, GAN Yun-hua, LIANG Jia-lin, LI Yong 引用本文: 姚孟良, 甘云华, 梁嘉林, 李勇. 电动汽车集成热管理研究进展[J]. 工程科学学报, 2020, 42(4): 412-422. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.20.003 YAO Meng-liang, GAN Yun-hua, LIANG Jia-lin, LI Yong. Research progress in integrated thermal management of electric vehicles[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(4): 412-422. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.20.003 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.20.003 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 基于增强学习算法的插电式燃料电池电动汽车能量管理控制策略 Energy management control strategy for plug-in fuel cell electric vehicle based on reinforcement learning algorithm 工程科学学报. 2019, 41(10): 1332 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.15.001 纯电动车用锂离子电池发展现状与研究进展 Development status and research progress of power battery for pure electric vehicles 工程科学学报. 2019, 41(1): 22 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.003 混合选别过程半实物仿真系统 A hardware-in-the-loop simulation system for the mixed separation process 工程科学学报. 2017, 39(9): 1412 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.09.015 脉动热管的理论研究与应用新进展 New progress in the theoretical research and application of pulsating heat pipe 工程科学学报. 2019, 41(9): 1115 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.09.002 微热管阵列应用于锂电池模块的散热实验 Experiment on heat dispersion of lithium-ion battery based on micro heat pipe array 工程科学学报. 2018, 40(1): 120 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.01.015

工程科学学报.第42卷.第4期：412-422.2020年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.4:412-422,April 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.20.003;http://cje.ustb.edu.cn 电动汽车集成热管理研究进展 姚孟良”，甘云华)四，梁嘉林”，李勇) 1)华南理工大学电力学院，广州5106402)华南理工大学机械与汽车工程学院.广州510640 ☒通信作者，E-mail:ganyh@scut.edu.cn 摘要电动汽车具有节能环保的优点，电池、乘员舱和电机驱动系统的热管理是提高其运行安全性和司乘人员舒适性的关 键技术.针对电动汽车集成热管理系统构建过程中的关键问题，首先概述了电池、乘员舱和电机驱动系统的产热模型；其次 系统地总结了现有的电池、乘员舱和电机驱动系统的热管理方法，重点分析了集成热管理系统的研究现状、运行控制和系统 性能评价：最后总结了当前研究存在的不足并进行了研究展望，指出研究准确的产热计算模型，发展紧凑高效的集成热管理 系统，在综合性能评价体系下优化集成热管理系统的运行控制是未来的主要研究方向 关键词电动汽车：热管理系统：集成：运行控制：整体优化 分类号TK16 Research progress in integrated thermal management of electric vehicles YAO Meng-liang,GAN Yun-hua,LIANG Jia-lin,LI Yong? 1)School of Electric Power,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China 2)School of Mechanical Automotive Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China Corresponding author,E-mail:ganyh @scut.edu.cn ABSTRACT Severe energy crisis and environmental pollution are the foremost problems in the world today.Electric vehicles have several advantages over traditional internal combustion engine-based vehicles,such as high energy efficiency and low emissions,which are effective in alleviating the energy crisis and environmental problems.However,the electric vehicles'performance is greatly affected by temperature.An excessively high temperature during the charging and discharging process may accelerate the degradation rate of a battery cell and shorten its lifespan.In contrast,an excessively low temperature may reduce the battery's efficiency and affect its discharge capacity.Air-conditioning systems in electric vehicles consume electricity to create a comfortable environment in the passenger compartment.However,excessive temperature of the motor drive will decrease its efficiency.Therefore,the battery,passenger compartment and motor drive system must be maintained at adequate temperatures to ensure the safety,comfort,and economy of the electric vehicles.Previous studies usually focused on a single thermal management system at a time,such as a battery thermal management system,air-conditioning systems in electric vehicles,and motor thermal management system.This means that the coupling relationships between the above-mentioned thermal management systems and the performance analysis of the integrated thermal management system at the vehicle level were not properly investigated.This study focused on the key issues in the construction of an integrated thermal management system for electric vehicles.Firstly,the heat generation models of the battery,passenger compartment, and motor drive system were summarized.Secondly,the existing thermal management methods for these three systems were systematically reviewed.Especially,the research status,operation control,and performance evaluation of the integrated thermal management system were especially analyzed.Finally,the deficiencies of the previous studies were summarized and the research 收稿日期：2019-12-20 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51776077)：广东省自然科学基金资助项目(2020B1515020040,2018B030311043):广州市科技计划 资助项目(201707010071)

电动汽车集成热管理研究进展 姚孟良1)，甘云华1) 苣，梁嘉林1)，李    勇2) 1) 华南理工大学电力学院，广州 510640    2) 华南理工大学机械与汽车工程学院，广州 510640 苣通信作者，E-mail: ganyh@scut.edu.cn 摘    要    电动汽车具有节能环保的优点，电池、乘员舱和电机驱动系统的热管理是提高其运行安全性和司乘人员舒适性的关 键技术. 针对电动汽车集成热管理系统构建过程中的关键问题，首先概述了电池、乘员舱和电机驱动系统的产热模型；其次 系统地总结了现有的电池、乘员舱和电机驱动系统的热管理方法，重点分析了集成热管理系统的研究现状、运行控制和系统 性能评价；最后总结了当前研究存在的不足并进行了研究展望，指出研究准确的产热计算模型，发展紧凑高效的集成热管理 系统，在综合性能评价体系下优化集成热管理系统的运行控制是未来的主要研究方向. 关键词    电动汽车；热管理系统；集成；运行控制；整体优化 分类号    TK16 Research progress in integrated thermal management of electric vehicles YAO Meng-liang1) ，GAN Yun-hua1) 苣 ，LIANG Jia-lin1) ，LI Yong2) 1) School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China 2) School of Mechanical & Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China 苣 Corresponding author, E-mail: ganyh@scut.edu.cn ABSTRACT    Severe energy crisis and environmental pollution are the foremost problems in the world today. Electric vehicles have several advantages over traditional internal combustion engine-based vehicles, such as high energy efficiency and low emissions, which are effective in alleviating the energy crisis and environmental problems. However, the electric vehicles’ performance is greatly affected by temperature. An excessively high temperature during the charging and discharging process may accelerate the degradation rate of a battery  cell  and  shorten  its  lifespan.  In  contrast,  an  excessively  low  temperature  may  reduce  the  battery ’s  efficiency  and  affect  its discharge  capacity.  Air-conditioning  systems  in  electric  vehicles  consume  electricity  to  create  a  comfortable  environment  in  the passenger compartment. However, excessive temperature of the motor drive will decrease its efficiency. Therefore, the battery, passenger compartment and motor drive system must be maintained at adequate temperatures to ensure the safety, comfort, and economy of the electric  vehicles.  Previous  studies  usually  focused  on  a  single  thermal  management  system  at  a  time,  such  as  a  battery  thermal management system, air-conditioning systems in electric vehicles, and motor thermal management system. This means that the coupling relationships  between  the  above-mentioned  thermal  management  systems  and  the  performance  analysis  of  the  integrated  thermal management system at the vehicle level were not properly investigated. This study focused on the key issues in the construction of an integrated thermal management system for electric vehicles. Firstly, the heat generation models of the battery, passenger compartment, and  motor  drive  system  were  summarized.  Secondly,  the  existing  thermal  management  methods  for  these  three  systems  were systematically  reviewed.  Especially,  the  research  status,  operation  control,  and  performance  evaluation  of  the  integrated  thermal management  system  were  especially  analyzed.  Finally,  the  deficiencies  of  the  previous  studies  were  summarized  and  the  research 收稿日期: 2019−12−20 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51776077）；广东省自然科学基金资助项目（2020B1515020040，2018B030311043）；广州市科技计划 资助项目（201707010071） 工程科学学报，第 42 卷，第 4 期：412−422，2020 年 4 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 4: 412−422, April 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.20.003; http://cje.ustb.edu.cn

姚孟良等：电动汽车集成热管理研究进展 413 prospects were proposed.It is pointed out that it is necessary to study the accurate heat generation models,develop the compact and efficient integrated thermal management system,and optimize the operation control of the integrated thermal management system under a comprehensive performance evaluation system in the near future. KEY WORDS electric vehicle;thermal management system;integration;operational control;global optimization 日益严峻的能源危机和环境污染是当今世界面 1.1电池产热模型 临的两大难题山电动汽车与传统内燃机汽车相比 电池产热模型按原理可分为电化学-热耦合 具有能源利用效率高四、污染物排放少等优点)， 模型、电-热耦合模型和热滥用模型，本文主要介 能够有效缓解能源危机和环境问题.世界各国都在 绍电池在正常工作情况下的电化学一热耦合模型 大力发展电动汽车，我国“十三五”规划中也明确 和电一热耦合模型.从传热角度看，电池的产热、 指出：“实施新能源汽车推广计划，提高电动车产业 散热过程是一个有时变内热源的非稳态过程，其 化水平.”温度是影响电池性能的关键因素4，电池 遵循能量守恒方程： 充放电过程中温度过高可能造成电池腐蚀、分解甚 至爆炸阿，温度过低则可能造成电池功率和容量衰 =7(a7T)+9 (1) 减、充放电效率下降切电动汽车夏季制冷时压缩机 式中，p为电池单元的密度，kgm；c为电池单元的 由电机驱动，冬季难以利用内燃机余热供暖圆.电动 比热容，J(kgK);A为电池单元的导热系数， 汽车所有辅助系统中空调系统能耗最大9，严重影 W(mK);T为电池单元的温度，K;t为时间，s 响汽车的行驶里程此外，电机驱动系统温度较高 9为电池单元的产热率，Wm3.由式(1)可知，通过 时，其寿命和效率会急剧下降叫因此，研发高效的 求解电池导热微分方程可以解决电池温度场分布 热管理系统，使电池、乘员舱、电机驱动系统处在适 这一传热学问题，因此对电池产热率的计算是求 宜的温度范围内是推进电动汽车发展的必要措施 解该热问题的关键之一.目前最常用的计算电池 电动汽车集成热管理系统由电池热管理、乘 员舱热管理和电机驱动系统热管理中的两个或三 产热率的模型是Bernardi产热率模型u): 个子系统组成，各热管理子系统的性能相互影响， (2) 存在复杂的耦合关系.近年来，电池热管理、乘员 舱热管理和电机驱动系统热管理都取得了较多的 式中，I为电流，A;为电池体积，m3;Uo为开路电 研究成果，然而现有的热管理研究往往针对某单 压，V;U为工作电压，V 一系统展开，割裂了各子系统之间的耦合关系，忽 电化学-热耦合模型是以电化学反应产热为 视了对整车层面热管理系统性能的分析，因此亟 基础，利用能量守恒定律来研究电池内部的热特 需对电动汽车集成热管理系统进行统筹设计.本 性，进而指导电池单体内部参数的微观设计.近年 文从电动汽车集成热管理系统构建过程中的关键 来主要通过提高模型维数，、细化产热和热传递 问题出发，首先阐述各热管理子系统的产热模型， 过程6来研究电池热特性，张立军等☑基于多 其次介绍各子系统热管理的方法，重点分析集成 孔电极理论和温度场相似准则提出了电化学一热 热管理系统的研究现状、运行控制和性能评价，最 耦合模型的建模思路（图1），通过该模型研究电池 后总结电动汽车集成热管理系统研究中亟需解决 内部分层结构发热分布和温度场预测 的问题并进行展望 电一热耦合模型通过计算电池内部电流分布仿 1产热模型 真温度分布，通常用来指导电池尺寸、电极大小、电 极分布和电池组散热系统等宏观设计.姬芬竹等劉 电动汽车集成热管理系统的作用是妥善解决 车内热量产生与传输的问题，车内的热源主要有 在Bernardi产热率模型的基础上建立了LiFePO4电 电池产热、空调系统冷热负荷以及电机驱动系统 池三维电-热耦合模型，其数学控制方程分别为： 产热.电池和电机驱动系统的产热量是空调系统 aT 所要考虑的重要因素之一，整车冷热负荷的计算 丽+证+卵-9卿（3） 是空调系统选型的依据，因此准确建立各子系统产 aT O2T 热模型是集成热管理系统设计优化的理论基础. PaCn 2T, F=kar证+ks+ke欣+9a-加（4）

prospects were proposed. It is pointed out that it is necessary to study the accurate heat generation models, develop the compact and efficient integrated thermal management system, and optimize the operation control of the integrated thermal management system under a comprehensive performance evaluation system in the near future. KEY WORDS    electric vehicle；thermal management system；integration；operational control；global optimization 日益严峻的能源危机和环境污染是当今世界面 临的两大难题[1] . 电动汽车与传统内燃机汽车相比 具有能源利用效率高[2]、污染物排放少等优点[3] ， 能够有效缓解能源危机和环境问题. 世界各国都在 大力发展电动汽车，我国“十三五”规划中也明确 指出：“实施新能源汽车推广计划，提高电动车产业 化水平. ”温度是影响电池性能的关键因素[4–5] ，电池 充放电过程中温度过高可能造成电池腐蚀、分解甚 至爆炸[6] ，温度过低则可能造成电池功率和容量衰 减、充放电效率下降[7] . 电动汽车夏季制冷时压缩机 由电机驱动，冬季难以利用内燃机余热供暖[8] . 电动 汽车所有辅助系统中空调系统能耗最大[9] ，严重影 响汽车的行驶里程[10] . 此外，电机驱动系统温度较高 时，其寿命和效率会急剧下降[11] . 因此，研发高效的 热管理系统，使电池、乘员舱、电机驱动系统处在适 宜的温度范围内是推进电动汽车发展的必要措施. 电动汽车集成热管理系统由电池热管理、乘 员舱热管理和电机驱动系统热管理中的两个或三 个子系统组成，各热管理子系统的性能相互影响， 存在复杂的耦合关系. 近年来，电池热管理、乘员 舱热管理和电机驱动系统热管理都取得了较多的 研究成果，然而现有的热管理研究往往针对某单 一系统展开，割裂了各子系统之间的耦合关系，忽 视了对整车层面热管理系统性能的分析，因此亟 需对电动汽车集成热管理系统进行统筹设计. 本 文从电动汽车集成热管理系统构建过程中的关键 问题出发，首先阐述各热管理子系统的产热模型， 其次介绍各子系统热管理的方法，重点分析集成 热管理系统的研究现状、运行控制和性能评价，最 后总结电动汽车集成热管理系统研究中亟需解决 的问题并进行展望. 1    产热模型 电动汽车集成热管理系统的作用是妥善解决 车内热量产生与传输的问题，车内的热源主要有 电池产热、空调系统冷热负荷以及电机驱动系统 产热. 电池和电机驱动系统的产热量是空调系统 所要考虑的重要因素之一，整车冷热负荷的计算 是空调系统选型的依据，因此准确建立各子系统产 热模型是集成热管理系统设计优化的理论基础. 1.1    电池产热模型 电池产热模型按原理可分为电化学−热耦合 模型、电−热耦合模型和热滥用模型，本文主要介 绍电池在正常工作情况下的电化学−热耦合模型 和电−热耦合模型. 从传热角度看，电池的产热、 散热过程是一个有时变内热源的非稳态过程，其 遵循能量守恒方程[12] ： ρc ∂T ∂τ = ∇ ·(λ∇T)+q˙ （1） ρ c λ T q˙ q˙ 式中， 为电池单元的密度，kg·m−3 ； 为电池单元的 比热容 ， J·（ kg·K） −1 ； 为电池单元的导热系数 ， W·（m·K） −1 ； 为电池单元的温度，K； τ 为时间， s； 为电池单元的产热率，W·m−3 . 由式（1）可知，通过 求解电池导热微分方程可以解决电池温度场分布 这一传热学问题，因此对电池产热率 的计算是求 解该热问题的关键之一. 目前最常用的计算电池 产热率的模型是 Bernardi 产热率模型[13] ： q˙ = I Vb (U0 −U)− I Vb ( T dU0 dT ) （2） I Vb U0 U 式中， 为电流，A； 为电池体积，m 3 ； 为开路电 压，V； 为工作电压，V. 电化学−热耦合模型是以电化学反应产热为 基础，利用能量守恒定律来研究电池内部的热特 性，进而指导电池单体内部参数的微观设计. 近年 来主要通过提高模型维数[14]、细化产热和热传递 过程[15–16] 来研究电池热特性，张立军等[17] 基于多 孔电极理论和温度场相似准则提出了电化学−热 耦合模型的建模思路（图 1），通过该模型研究电池 内部分层结构发热分布和温度场预测. 电−热耦合模型通过计算电池内部电流分布仿 真温度分布，通常用来指导电池尺寸、电极大小、电 极分布和电池组散热系统等宏观设计. 姬芬竹等[18] 在 Bernardi 产热率模型的基础上建立了 LiFePO4 电 池三维电−热耦合模型，其数学控制方程分别为： ρpCp ∂T ∂τ = kpx ∂ 2T ∂x 2 +kpy ∂ 2T ∂y 2 +kpz ∂ 2T ∂z 2 +q˙p −q˙fp （3） ρnCn ∂T ∂τ = knx ∂T 2 ∂x 2 +kny ∂ 2T ∂y 2 +knz ∂ 2T ∂z 2 +q˙n −q˙fn （4） 姚孟良等： 电动汽车集成热管理研究进展 · 413 ·

414 工程科学学报，第42卷，第4期 Thermal model 3D temperature field model based on similarity principle T T Cathode Anode electrochemical Electrolyte ohmic heat electrochemical heat heat Positive Negative collector coll ector Negative collector Positive collector plate plate plate ohmic heat plate ohmic heat , 困1电化学-热耦合模型的建模思路与耦合过程叼 Fig.1 Modeling idea and coupling relationship of electrochemical-thermal coupling model! 02T 82T 02T =k+k+k红 PC +4:-9f (5) 片的电流，A;hp、hn分别为正负极片的厚度，m; Sp、Sm分别为正负极片在y平面内的面积，m2.通 4p-J Uo-U-T+hRm (6) 过该模型仿真研究了自然冷却和强制空气对流换 热冷却下电池的产热和散热特性，基于仿真结果 4n=JUo-U-T dUo) dT +In2Rpo (7) 对出风口的位置进行了优化 1.2空调冷热负荷 4r=0 (8) 电动汽车冷热负荷的确定以建筑物冷热负荷 Jp=cp△pp (9) 计算方法为基础，将汽车视为“运动的建筑物”，乘 Jh=cn△pn (10) 员舱视为“移动的房间”.汽车空调冷热负荷计算 方法可分为稳态传热法、准稳态传热法和非稳态 △pp=cphpSp (11) 传热法3种町鉴于影响整车冷热负荷的因素很 多，包括气象参数、车身结构及材料、车辆速度、 △pm=TenlnSn =0 (12) 乘员人数、乘员舱电器发热量和电池包发热量等20 目前关于电动汽车冷热负荷的计算通常采用稳态 式中，Pp、Pa、p分别为正极片集流体、负极片集流 传热法，通过仿真软件实时研究不同参数的变化 体和电池极板密度，kgm:Cp、Cn、C分别为正极 片集流体、负极片集流体和电池极板的比热容， 对整车冷热负荷的影响.叶立等四根据式(13)，使 用一维仿真软件探寻影响夏季整车热负荷的最大 J(kgK);kx、ky、k分别为正极片内沿x,,方 向的导热系数，W(mK);knr、kv、kn分别为负极 因素，结果表明前窗玻璃的吸收比、透射比越低， 片内沿x,y,z方向的导热系数，W(mK)；kx、 安装倾角越大，前窗玻璃传人的热负荷越小 ko、k分别为电池极板内沿x,y,二方向的导热系 E=Ce+o+a+ep+2g+Cba (13) 数，W(mK);9p,ga、分别为正极片集流体、负 式中，QE、Qe、Q、Qa、2p、Q和Qa分别为乘员舱 极片集流体和电池极板的产热率，Wm3;p、gm 总热负荷、通过车身围护结构传入乘员舱的热负 9分别为正极片集流体、负极片集流体和电池极 荷、通过车窗传人乘员舱的热负荷、车内驾驶员 板的散热率，Wm3;p、Jn分别为正负极片内的电 及乘客散发的热量、新风热负荷、乘客舱内的电 流密度，Am3;p、1分别为流经正极片集流体和 器散热热负荷和电池包传人乘员舱的热负荷，单 负极片集流体的电流，A:Rp、Rm分别为正极片集 位均为W 流体和负极片集流体的等效极化内阻，2：σ甲 1.3电机产热模型 cm分别为正负极片的电导率，Sm;△p、△pa分别 电机将电能转化为机械能的过程中会产生能量 为正负极片内电势差，V;Ip、m分别为流经正负极 损耗，主要包括铁芯损耗、绕组损耗和机械损耗

ρrCr ∂T ∂τ = krx ∂ 2T ∂x 2 +kry ∂ 2T ∂y 2 +krz ∂ 2T ∂z 2 +q˙r −q˙fr （5） q˙p = Jp ( U0 −U −T dU0 dT ) + Ip 2Rpp （6） q˙n = Jn ( U0 −U −T dU0 dT ) + In 2Rpn （7） q˙r = 0 （8） Jp = σcp ·∆ϕp （9） Jn = σcn ·∆ϕn （10） ∆ϕp = Itp σcphpS p （11） ∆ϕn = Itn σcnhnS n = 0 （12） ρp ρn ρr Cp Cn Cr kpx kpy kpz knx kny knz krx kry krz q˙p q˙n q˙r q˙fp q˙fn q˙fr Jp Jn Ip In Rpp Rpn σcp σcn ∆ϕp ∆ϕn Itp Itn 式中， 、 、 分别为正极片集流体、负极片集流 体和电池极板密度，kg·m−3 ； 、 、 分别为正极 片集流体、负极片集流体和电池极板的比热容， J·（kg·K） −1 ； 、 、 分别为正极片内沿 x，y，z 方 向的导热系数，W·（m·K） −1 ； 、 、 分别为负极 片内沿 x， y， z 方向的导热系数 ， W·（ m·K） −1 ； 、 、 分别为电池极板内沿 x，y，z 方向的导热系 数 ，W·(m·K)−1 ； ， 、 分别为正极片集流体、负 极片集流体和电池极板的产热率，W·m−3 ； 、 、 分别为正极片集流体、负极片集流体和电池极 板的散热率，W·m−3 ； 、 分别为正负极片内的电 流密度，A·m−3 ； 、 分别为流经正极片集流体和 负极片集流体的电流，A； 、 分别为正极片集 流体和负极片集流体的等效极化内阻 ， Ω； 、 分别为正负极片的电导率，S·m−1 ； 、 分别 为正负极片内电势差，V； 、 分别为流经正负极 hp hn S p S n 片的电流 ， A； 、 分别为正负极片的厚度 ，m； 、 分别为正负极片在 xy 平面内的面积，m 2 . 通 过该模型仿真研究了自然冷却和强制空气对流换 热冷却下电池的产热和散热特性，基于仿真结果 对出风口的位置进行了优化. 1.2    空调冷热负荷 电动汽车冷热负荷的确定以建筑物冷热负荷 计算方法为基础，将汽车视为“运动的建筑物”，乘 员舱视为“移动的房间”. 汽车空调冷热负荷计算 方法可分为稳态传热法、准稳态传热法和非稳态 传热法 3 种[19] . 鉴于影响整车冷热负荷的因素很 多，包括气象参数、车身结构及材料、车辆速度、 乘员人数、乘员舱电器发热量和电池包发热量等[20] . 目前关于电动汽车冷热负荷的计算通常采用稳态 传热法，通过仿真软件实时研究不同参数的变化 对整车冷热负荷的影响. 叶立等[21] 根据式（13），使 用一维仿真软件探寻影响夏季整车热负荷的最大 因素，结果表明前窗玻璃的吸收比、透射比越低， 安装倾角越大，前窗玻璃传入的热负荷越小. QE = Qe + Qb + Qa + Qp + Qg + Qba （13） 式中， QE、Qe、Qb、Qa、Qp、Qg 和 Qba 分别为乘员舱 总热负荷、通过车身围护结构传入乘员舱的热负 荷、通过车窗传入乘员舱的热负荷、车内驾驶员 及乘客散发的热量、新风热负荷、乘客舱内的电 器散热热负荷和电池包传入乘员舱的热负荷，单 位均为 W. 1.3    电机产热模型 电机将电能转化为机械能的过程中会产生能量 损耗，主要包括铁芯损耗、绕组损耗和机械损耗. Thermal model 3 D temperature field model based on similarity principle Cathode electrochemical heat Electrolyte ohmic heat A node electrochemical heat Negative collector plate ohmic heat Positive collector plate Cathode Negative coll ector Positive collector plate plate ohmic heat Electrolyte Anode Qohm,− Qche,− Qohm,1 Qohm,+ Qche,+ T− T1 T+ 图 1    电化学−热耦合模型的建模思路与耦合过程[17] Fig.1    Modeling idea and coupling relationship of electrochemical–thermal coupling model[17] · 414 · 工程科学学报，第 42 卷，第 4 期

姚孟良等：电动汽车集成热管理研究进展 415 目前，计算电机铁芯损耗普遍使用的是Bertotti 差、体积变化大，因此通过添加纳米材料、金属 分立铁耗模型22，其表达式如下式所示： 翅片B乳、多孔介质B等导热材料，与空气B阿、液体3 PFe khfBa +kef2B2+kofl5B15 (14) 等介质组成的复合热管理结构成为主要的研究方 式中，等号右侧三项分别为磁滞损耗、涡流损耗和 向.热管是基于气液相变原理制成的高效传热元 附加损耗，f为交变磁场频率，Hz:B为基波磁通密 件，具有热响应速度快、结构紧凑等优点，广泛应 度幅值，Wbm2,k、k和k均为损耗系数 用于能源化工、航空航天、电子电力等领域？-测 绕组损耗主要为基本铜耗，可根据焦耳楞次 但热管仅仅是一种传热元件，在将电池中的热量导 定律求得： 出后还需要与其他散热方式结合，因此关于热管冷 Pam=∑PR: (15) 却系统的研究主要集中在研发高效新型热管B90 或将热管作为高效传热元件与空气、液体2-、 式中，Pc为绕组铜损值，W;I为绕组中电流，A; 相变材料7结合组成复合热管理系统 R为工作时绕组的电阻，2. 2.2乘员舱热管理 机械损耗通常可由经验公式进行计算 电动汽车与传统内燃机汽车一样需要空调系 上述的产热模型能够基本满足集成热管理系 统来保证司乘人员的舒适度和驾驶的安全性.目 统中不同热源产热量的计算，但对于复杂的产热 前，电动汽车空调系统普遍采用的是蒸汽压缩式 过程描述，还需要进一步完善 单冷型空调与PTC(Positive temperature coefficient) 2热管理方法 电加热器或燃油加热器结合的方式.这种空调方 式与传统燃油车空调系统差异最小，最受汽车厂 电动汽车电池、乘员舱和电机驱动系统针对 家青睐，然而PTC电加热器耗电量大，会严重缩短 各自的热管理需求都已发展出相应的热管理方 电动汽车行驶里程48，燃油加热器系统复杂，且同 法，然而随着电动汽车性能参数的提高，对热管理 样会产生环境污染问题.热泵型空调既可以夏季 系统的效果、动态响应特性和经济性等都提出了 制冷又可以冬季制热，且制热的理论运行效率大 更为严苛的要求，现有的研究在优化某一热管理 于1，采用热泵型空调系统替代加热设备实现冬季 系统性能的基础上，着眼于将不同热管理子系统 取暖成为当前研究的热点.但是热泵型空调系统 进行耦合 也存在一些缺点，如冬季气温较低时热泵效率下 2.1电池热管理 降，存在结霜等问题.因此目前的研究主要集中在 电池热管理包括高温时对电池冷却和低温时 采用辅助加热器9、余热回收5o等技术提高热泵 对电池加热，按使用介质不同可分为空气、液体、 系统在冬季的性能，设计新的热泵循环回路解决 相变材料和热管热管理系统.空气热管理系统以 热泵除霜5刚和挡风玻璃除雾问题5近年来，随着 其结构简单、成本低及后期维护方便等优点)，最 人们环保意识不断增强，传统含氟氯烃类制冷剂 早应用于电池热管理系统.然而随着电池组能量 已逐渐被淘汰，部分学者正在研究环保型制冷剂) 密度的增加和快充技术的发展，电池组在短时间内 在汽车空调中的应用.此外，热电汽车空调系统网、 会产生大量热量，研究结果表明以空气为传热介质 磁热汽车空调系统5阿、储能汽车空调系统[5、吸附 难以将电池的温度和温差控制在合理范围内242习 式汽车空调系统57也都在研发阶段 与空气相比，液体介质具有更高的热容量和传热 2.3电机驱动系统热管理 系数，因此液体热管理系统更能达到动力电池 电机驱动系统热管理主要处理冷却问题，根 的热管理需求P)目前关于液体热管理系统的研 据冷却介质不同分为风冷和液冷等.风冷的效果 究集中在流道几何结构优化设计1、不同冷却介 较差，在电机中会引起通风损耗，降低电机效率； 质强化换热29、流速和流向控制01等方面.制约 采用液体冷却能迅速带走电机驱动系统的产热 液体热管理技术发展的主要因素在于该系统复 量，使其能够长时间在适宜的温度下工作.目前关 杂，需要较多附属设备，增加整车质量且存在泄漏 于电机驱动系统热管理的研究主要集中在冷却流 风险.相变材料指在特定温度下发生相变并吸收 道优化设计58和冷却介质选择59等方面 或释放能量的物质.相变材料以其成本低、冷却 2.4集成热管理 效果优异、储能能力巨大等优点，成为近年来电池 在当前电池能量密度和整车质量制约的情况 热管理的热点然而相变材料导热率低、流动性 下，降低辅助系统的能耗和提高动力系统的效率

目前，计算电机铁芯损耗普遍使用的是 Bertotti 分立铁耗模型[22] ，其表达式如下式所示： PFe = kh f Bα +ke f 2B 2 +kα f 1.5B 1.5 （14） f B kh ke kα 式中，等号右侧三项分别为磁滞损耗、涡流损耗和 附加损耗， 为交变磁场频率，Hz； 为基波磁通密 度幅值，Wb·m−2 ， 、 和 均为损耗系数. 绕组损耗主要为基本铜耗，可根据焦耳-楞次 定律求得： Pcui = ∑ Ii 2Ri （15） Pcui i Ii i Ri i 式中， 为绕组 铜损值，W； 为绕组 中电流，A； 为工作时绕组 的电阻，Ω. 机械损耗通常可由经验公式进行计算. 上述的产热模型能够基本满足集成热管理系 统中不同热源产热量的计算，但对于复杂的产热 过程描述，还需要进一步完善. 2    热管理方法 电动汽车电池、乘员舱和电机驱动系统针对 各自的热管理需求都已发展出相应的热管理方 法，然而随着电动汽车性能参数的提高，对热管理 系统的效果、动态响应特性和经济性等都提出了 更为严苛的要求，现有的研究在优化某一热管理 系统性能的基础上，着眼于将不同热管理子系统 进行耦合. 2.1    电池热管理 电池热管理包括高温时对电池冷却和低温时 对电池加热，按使用介质不同可分为空气、液体、 相变材料和热管热管理系统. 空气热管理系统以 其结构简单、成本低及后期维护方便等优点[23] ，最 早应用于电池热管理系统. 然而随着电池组能量 密度的增加和快充技术的发展，电池组在短时间内 会产生大量热量，研究结果表明以空气为传热介质 难以将电池的温度和温差控制在合理范围内[24–25] . 与空气相比，液体介质具有更高的热容量和传热 系数[26] ，因此液体热管理系统更能达到动力电池 的热管理需求[27] . 目前关于液体热管理系统的研 究集中在流道几何结构优化设计[28]、不同冷却介 质强化换热[29]、流速和流向控制[30] 等方面. 制约 液体热管理技术发展的主要因素在于该系统复 杂，需要较多附属设备，增加整车质量且存在泄漏 风险. 相变材料指在特定温度下发生相变并吸收 或释放能量的物质. 相变材料以其成本低、冷却 效果优异、储能能力巨大等优点，成为近年来电池 热管理的热点[31] . 然而相变材料导热率低、流动性 差、体积变化大，因此通过添加纳米材料[32]、金属 翅片[33]、多孔介质[34] 等导热材料，与空气[35]、液体[36] 等介质组成的复合热管理结构成为主要的研究方 向. 热管是基于气液相变原理制成的高效传热元 件，具有热响应速度快、结构紧凑等优点，广泛应 用于能源化工、航空航天、电子电力等领域[37– 38] . 但热管仅仅是一种传热元件，在将电池中的热量导 出后还需要与其他散热方式结合，因此关于热管冷 却系统的研究主要集中在研发高效新型热管[39–40] 或将热管作为高效传热元件与空气[41]、液体[42–46]、 相变材料[47] 结合组成复合热管理系统. 2.2    乘员舱热管理 电动汽车与传统内燃机汽车一样需要空调系 统来保证司乘人员的舒适度和驾驶的安全性. 目 前，电动汽车空调系统普遍采用的是蒸汽压缩式 单冷型空调与 PTC（Positive temperature coefficient） 电加热器或燃油加热器结合的方式. 这种空调方 式与传统燃油车空调系统差异最小，最受汽车厂 家青睐，然而 PTC 电加热器耗电量大，会严重缩短 电动汽车行驶里程[48] ；燃油加热器系统复杂，且同 样会产生环境污染问题. 热泵型空调既可以夏季 制冷又可以冬季制热，且制热的理论运行效率大 于 1，采用热泵型空调系统替代加热设备实现冬季 取暖成为当前研究的热点. 但是热泵型空调系统 也存在一些缺点，如冬季气温较低时热泵效率下 降，存在结霜等问题. 因此目前的研究主要集中在 采用辅助加热器[49]、余热回收[50] 等技术提高热泵 系统在冬季的性能，设计新的热泵循环回路解决 热泵除霜[51] 和挡风玻璃除雾问题[52] . 近年来，随着 人们环保意识不断增强，传统含氟氯烃类制冷剂 已逐渐被淘汰，部分学者正在研究环保型制冷剂[53] 在汽车空调中的应用. 此外，热电汽车空调系统[54]、 磁热汽车空调系统[55]、储能汽车空调系统[56]、吸附 式汽车空调系统[57] 也都在研发阶段. 2.3    电机驱动系统热管理 电机驱动系统热管理主要处理冷却问题，根 据冷却介质不同分为风冷和液冷等. 风冷的效果 较差，在电机中会引起通风损耗，降低电机效率； 采用液体冷却能迅速带走电机驱动系统的产热 量，使其能够长时间在适宜的温度下工作. 目前关 于电机驱动系统热管理的研究主要集中在冷却流 道优化设计[58] 和冷却介质选择[59] 等方面. 2.4    集成热管理 在当前电池能量密度和整车质量制约的情况 下，降低辅助系统的能耗和提高动力系统的效率 姚孟良等： 电动汽车集成热管理研究进展 · 415 ·

416 工程科学学报，第42卷，第4期 是延长电动汽车行驶里程的可行方式.保证动力 Water Water V3 tank 电池处在适宜的温度范围内可为整车提供一个稳 tank 定可靠的动力，而空调系统性能提升能够节省更 HVAC 多的能量，从而提升汽车行驶里程.人体舒适的温 Electric 4X Pump 2 motor Power 度区间与电池适宜的工作温度区间接近，且电机 Pump I battery 余热在冬季是一种可利用的热源.目前集成热管 Chiller Heating 理系统常见的耦合方式是以空调系统为主体，在 film ompressor 其蒸发器侧（冬夏不同）并联支路换热器，利用空 调系统制冷或制热过程为电池包提供额外的冷源 图3整车热管理系统方案设计6 或回收电机驱动系统的余热，在满足乘员舱热舒适 Fig.3 Vehicle thermal management system design 的同时实现电池或电机驱动系统的热管理需求 散热部件的排布位置，由于空调冷凝器表面温度 由上所述，电池、乘员舱和电机驱动系统分别 最高，因此以汽车行驶方向为正，将电池散热器和 有不同的热管理方法，这些热管理方法在效果、安 电机散热器上下布置且置于空调冷凝器前方. 全性、稳定性和经济性等方面各有所长，因此根据 电机余热在冬季是一种可以利用的热源，在 实际需求选择特定的耦合方式并进行恰当的设计 传统电机液冷回路上并联热交换器，再将该热交 匹配是集成热管理系统发挥优势的关键.刘志勇 换器并联到热泵系统蒸发侧（冬季工况）作为其低 等6o]分析某车型的热管理需求后提出了一种集成 温热源，通过热泵技术回收电机余热既可以降低 热管理系统，如图2所示.该系统夏季采用单冷型 电机驱动系统温度也能提高集成热管理系统的性 空调制冷，在其蒸发器侧并联支路换热器为电池 能.Tian等6提出了一种集车内热舒适、电池冷 包散热提供冷源：冬季采用水加热器为乘员舱供 却和电机余热回收为一体的电动汽车集成热管理 暖，在该支路侧并联热交换器为电池组加热.试验 EVTMS(Electric vehicle thermal management 结果表明该集成热管理系统能够满足乘员舱及电 system),如图4所示.该系统充分利用了热泵技术 池组的热管理需求.方财义等6刚设计了如图3所 的优势，在热泵系统两个换热器侧分别并联热交 示的整车热管理系统，该系统同样采用在单冷型 换器支路，冬夏季通过不同循环支路电磁阀开闭 空调蒸发器侧并联热交换器的方式解决乘员舱和 实现与热泵技术耦合.结果表明，在开启电池冷却回 电池包的夏季热管理需求，并为电池包专门设计 PCCR(Percentage of cooling capacity reduction) 了液冷回路，当电池包温度在38~45℃时，仅采 在26.3%~32.1%之间，电机废热回收率在18.73%~ 用液冷回路为电池包散热.冬季则直接采用PTC 45.17%之间.此外，通过实验数据验证了EVTMS 电加热器和电加热膜分别为乘员舱和电池包加 仿真模型，仿真结果表明采用电池冷却可使电池 热，减少了加热中间液体介质的环节.此外，该系 荷电比降低10.60%，采用电机余热回收可使加热 统还将电机驱动系统热管理考虑在内并优化了各 COP(Coefficient of performance)提高25.55%.与 PTC加热器相比，EVTMS提高了31.71%行驶里 Water heate 程.杨小龙等61也进行了相关的研究工作，设计 alv 了如图5所示的纯电动轿车整车综合热管理系统 ater con 并进行了冬夏季仿真研究，结果表明整车综合热 管理系统可为车内、电机及电池提供良好的热环 境，特别是对于冬季制热模式，与PTC电加热器相 Condense Solenoi 比，纯电动轿车采用热泵系统，其制热运行时的整 车电能消耗可降低16.4%，续驶里程可提高18.3% 以上研究表明，将热泵技术应用于电动汽车集成 热管理系统中具有广阔前景 为减少整车质量、热管理系统体积及液体泄 图2空调系统及电池热管理系统原理图] 露风险，部分学者正在尝试将制冷剂直接蒸发冷 Fig.2 Schematic of air conditioning system and battery therma 却电池包技术应用到整车热管理系统中.Cen等I6例 management systemo 提出了一种取消中间液冷介质传热环节，利用电

是延长电动汽车行驶里程的可行方式. 保证动力 电池处在适宜的温度范围内可为整车提供一个稳 定可靠的动力，而空调系统性能提升能够节省更 多的能量，从而提升汽车行驶里程. 人体舒适的温 度区间与电池适宜的工作温度区间接近，且电机 余热在冬季是一种可利用的热源. 目前集成热管 理系统常见的耦合方式是以空调系统为主体，在 其蒸发器侧（冬夏不同）并联支路换热器，利用空 调系统制冷或制热过程为电池包提供额外的冷源 或回收电机驱动系统的余热，在满足乘员舱热舒适 的同时实现电池或电机驱动系统的热管理需求. 由上所述，电池、乘员舱和电机驱动系统分别 有不同的热管理方法，这些热管理方法在效果、安 全性、稳定性和经济性等方面各有所长，因此根据 实际需求选择特定的耦合方式并进行恰当的设计 匹配是集成热管理系统发挥优势的关键. 刘志勇 等[60] 分析某车型的热管理需求后提出了一种集成 热管理系统，如图 2 所示. 该系统夏季采用单冷型 空调制冷，在其蒸发器侧并联支路换热器为电池 包散热提供冷源；冬季采用水加热器为乘员舱供 暖，在该支路侧并联热交换器为电池组加热. 试验 结果表明该集成热管理系统能够满足乘员舱及电 池组的热管理需求. 方财义等[61] 设计了如图 3 所 示的整车热管理系统，该系统同样采用在单冷型 空调蒸发器侧并联热交换器的方式解决乘员舱和 电池包的夏季热管理需求，并为电池包专门设计 了液冷回路，当电池包温度在 38～45 °C 时，仅采 用液冷回路为电池包散热. 冬季则直接采用 PTC 电加热器和电加热膜分别为乘员舱和电池包加 热，减少了加热中间液体介质的环节. 此外，该系 统还将电机驱动系统热管理考虑在内并优化了各 散热部件的排布位置，由于空调冷凝器表面温度 最高，因此以汽车行驶方向为正，将电池散热器和 电机散热器上下布置且置于空调冷凝器前方. 电机余热在冬季是一种可以利用的热源，在 传统电机液冷回路上并联热交换器，再将该热交 换器并联到热泵系统蒸发侧（冬季工况）作为其低 温热源，通过热泵技术回收电机余热既可以降低 电机驱动系统温度也能提高集成热管理系统的性 能. Tian 等[62] 提出了一种集车内热舒适、电池冷 却和电机余热回收为一体的电动汽车集成热管理 系 统 EVTMS（ Electric  vehicle  thermal  management system），如图 4 所示. 该系统充分利用了热泵技术 的优势，在热泵系统两个换热器侧分别并联热交 换器支路，冬夏季通过不同循环支路电磁阀开闭 实现与热泵技术耦合. 结果表明，在开启电池冷却回 路后 PCCR（Percentage of cooling capacity reduction） 在 26.3%～32.1% 之间，电机废热回收率在 18.73%～ 45.17% 之间. 此外，通过实验数据验证了 EVTMS 仿真模型，仿真结果表明采用电池冷却可使电池 荷电比降低 10.60%，采用电机余热回收可使加热 COP（ Coefficient  of  performance） 提 高 25.55%. 与 PTC 加热器相比，EVTMS 提高了 31.71% 行驶里 程. 杨小龙等[63] 也进行了相关的研究工作，设计 了如图 5 所示的纯电动轿车整车综合热管理系统 并进行了冬夏季仿真研究，结果表明整车综合热 管理系统可为车内、电机及电池提供良好的热环 境，特别是对于冬季制热模式，与 PTC 电加热器相 比，纯电动轿车采用热泵系统，其制热运行时的整 车电能消耗可降低 16.4%，续驶里程可提高 18.3%. 以上研究表明，将热泵技术应用于电动汽车集成 热管理系统中具有广阔前景. 为减少整车质量、热管理系统体积及液体泄 露风险，部分学者正在尝试将制冷剂直接蒸发冷 却电池包技术应用到整车热管理系统中. Cen 等[64] 提出了一种取消中间液冷介质传热环节，利用电 Solenoid valve Water heater Heat exchanger Heater core Pump PumpPower battery Heat Expansion exchanger valve Condenser Expansion valve Compressor Evaporator Solenoid valve 图 2    空调系统及电池热管理系统原理图[60] Fig.2     Schematic  of  air  conditioning  system  and  battery  thermal management system[60] Water tank Condenser Compressor Motor radiator Pump 1 Electric motor Evaporator Cabin Chiller Pump 2 P T C Power battery HVAC Water tank Heating film V1 V2 V3 V4 Battery radiator 图 3    整车热管理系统方案设计[61] Fig.3    Vehicle thermal management system design[61] · 416 · 工程科学学报，第 42 卷，第 4 期

姚孟良等：电动汽车集成热管理研究进展 417 Four-way Water回 valye Gas-liquid tank 2 SV3 ③ (④ separator SV2 30 SV6 ② Filter 28 26 2④ drier 10)* ⑧ ⑨ Battery Electric ② motor PF Plate pack Plate 四 HEx 1② Scroll ⊙ HEx ① compressor ⑦ 25 23 ⑥External Intemal ⑨ ⑦ HEx + 个 HEx HSVI ④ ⑥ Pump 2 EXVI⑤ (16)EXV2 Pump 1 Working circuits: MC circuit -AC/HP circuit BC circuit Working modes: Summer mode →Winter mode 图4电动汽车集成热管理系统6网 Fig.4 Schematic of proposed EVTMS Vehicle drive Four-way motor High valve External hea M pressure Low exchanger side Externalr Heat pressure side cooling fan 0 exchanger )Pump Expansion valve Battery pack +- Solenoid Heat valve exchanger Demisting/Defrosting channel Pump of windshield To face PTC HVAC Internal heat To foot assembly exchanger Cabin Heating Refrigeration return air condition condition 困5纯电动轿车整车综合热管理系统原理图剧 Fig.5 Schematic diagram of BEV's integrated vehicle thermal management system 动汽车空调制冷剂直接冷却锂离子电池的集成热 以下.当其放电倍率为0.5、1或1.5C时，电池包 管理系统，如图6所示.该集成热管理系统为双蒸 温差小于4℃.这说明针对极端高温的气候条件， 发器设置，一个蒸发器为乘员舱制冷，另一个特制 采用制冷剂直接蒸发冷却是进行电池热管理的一 蒸发器为电池包散热.由于乘员舱和电池包的产 种可行方式. 热量和对热管理温度要求不同，因此该集成热管 综上所述，不同的热管理方法能够解决电动 理系统利用自控模块分别调节两个电子膨胀阀的 汽车热管理中的某一问题，集成系统中热管理对 开度从而控制两个蒸发器的制冷量和蒸发温度， 象逐渐由两个增加到三个，空调子系统从单冷型 改进了传统双蒸发环路集成热管理系统共用一个 发展到热泵冷暖型，热管理介质由气体过渡到液 膨胀阀节流后再分流制冷剂的做法.实验结果表 体，制冷剂直接冷却，电动汽车集成热管理系统朝 明，在极端环境温度高达40℃的情况下，集成热 着轻量化、紧凑化和集成化方向发展.当前研究 管理系统可以很容易地将电池组温度控制在35℃ 探索了不同热管理子系统之间的耦合方式，并针

动汽车空调制冷剂直接冷却锂离子电池的集成热 管理系统，如图 6 所示. 该集成热管理系统为双蒸 发器设置，一个蒸发器为乘员舱制冷，另一个特制 蒸发器为电池包散热. 由于乘员舱和电池包的产 热量和对热管理温度要求不同，因此该集成热管 理系统利用自控模块分别调节两个电子膨胀阀的 开度从而控制两个蒸发器的制冷量和蒸发温度， 改进了传统双蒸发环路集成热管理系统共用一个 膨胀阀节流后再分流制冷剂的做法. 实验结果表 明，在极端环境温度高达 40 ℃ 的情况下，集成热 管理系统可以很容易地将电池组温度控制在 35 ℃ 以下. 当其放电倍率为 0.5、1 或 1.5 C 时，电池包 温差小于 4 ℃. 这说明针对极端高温的气候条件， 采用制冷剂直接蒸发冷却是进行电池热管理的一 种可行方式. 综上所述，不同的热管理方法能够解决电动 汽车热管理中的某一问题，集成系统中热管理对 象逐渐由两个增加到三个，空调子系统从单冷型 发展到热泵冷暖型，热管理介质由气体过渡到液 体，制冷剂直接冷却，电动汽车集成热管理系统朝 着轻量化、紧凑化和集成化方向发展. 当前研究 探索了不同热管理子系统之间的耦合方式，并针 Scroll compressor Water tank 2 Pump 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 SV1 SV3 SV2 SV4 SV5 SV6 Four-way valve External HEx Battery pack Plate HEx Plate HEx 2 PF HEx EXV 1 EXV 2 Working circuits: MC circuit AC/HP circuit BC circuit Working modes: Summer mode Winter mode Filter drier Gas-liquid separator Electric motor Water tank 1 Internal HEx Pump 1 图 4    电动汽车集成热管理系统[62] Fig.4    Schematic of proposed EVTMS[62] M + − To face To foot Demisting/Defrosting channel of windshield Cabin return air HVAC assembly PTC High pressure side Four-way valve External heat exchanger External cooling fan Vehicle drive motor Heat exchanger Pump Battery pack Heating condition Refrigeration condition Expansion valve Solenoid valve Low pressure side Heat exchanger Pump Internal heat exchanger 图 5    纯电动轿车整车综合热管理系统原理图[63] Fig.5    Schematic diagram of BEV’s integrated vehicle thermal management system[63] 姚孟良等： 电动汽车集成热管理研究进展 · 417 ·

418 工程科学学报，第42卷，第4期 EEV 2 EEV driver board Cabin evaportor EEV 1 Battery pack cooling module Computer Battery pack test system Compressor Condenser 图6集成热管理系统原理图6俐 Fig.6 Schematic of the experimental test riglu 对某特定工况进行实验研究，未充分考虑实际情 部件之间的匹配关系及对系统整体性能的影响， 况下的多变因素，应对电动汽车集成热管理系统 三维模型侧重于对研究对象细节的分析和优化6 进行实际测试，分析热管理系统的动态响应特性、 Lu等67针对纯电动汽车发动机舱内换热部件 安全性、稳定性和经济性等 多、热交换过程互相影响的特点提出了如图7所 示的纯电动汽车发动机舱热管理系统一维/三维联 3集成系统运行控制 合仿真框架，通过关联算法使一维空调系统和动 电动汽车集成热管理系统耦合了不同的热管 力系统与三维发动机舱内冷凝器模型、电池散热 理对象，因此系统的运行控制显得尤为重要.只有 器以及电机散热器进行联合计算，仿真研究了集 通过合理有效的控制策略对集成热管理系统运行 成热管理系统中空调负荷变化与冷凝器、电池散 参数进行优化控制，才能真正发挥集成热管理系 热器及电机散热器排布位置之间的互相影响.结 统取长补短的优势.鉴于电动汽车集成热管理系 果表明，当冷凝器置于电机和电池散热器之前时， 统的复杂性，仅仅通过实验无法对集成热管理系 随着空调负荷的增大，电机和电池散热系统冷却 统进行全面的研究，目前多通过建立仿真系统，在 效果会减小：当冷凝器置于电机和电池散热器之 验证仿真系统准确性的基础上通过改变仿真参数和 后时，空调系统负荷变化对动力系统冷却性能影 新的控制策略对集成热管理系统进行优化研究. 响不大.该研究方法为电动汽车集成热管理系统 冯权等6的对某款纯电动汽车的动力总成热管 的优化设置及运行控制提供了新的思路 理系统进行研究，基于AMEsim软件搭建了包括 由上可知，采用一维系统仿真模型能够从整 驱动电机、电机控制器和动力电池的分布式一维 体角度优化电动汽车集成热管理系统的控制策 冷却系统，并基于实际台架验证了搭建模型的准 略，从而提高集成热管理系统的性能.然而仅采用 确性.在Simulink软件中设计模型预测控制器，以 一维仿真模型无法对集成热管理系统中核心换热 热源的发热功率作为扰动量，冷却水泵流量和风 部件的三维结构如形状、尺寸和位置等三维细节 扇转速作为操作变量对冷却系统的控制策略进行 进行优化，进一步的研究应采用一维与三维联合 了优化，通过和AMEsim软件的联合仿真，结果表 仿真的形式研究不同运行控制策略对集成热管理 明相比PD控制和开关阈值控制，采用模型预测 系统的影响 控制的热管理系统响应性能更好，对于温度的变 4集成系统性能评价 化会提前做出反应，同时也减少了冷却系统的能 量消耗 电动汽车集成热管理系统具有多热源、多温 维系统仿真模型能够从系统角度研究不同 区和变温度的特点，现阶段不同的热管理子系统

对某特定工况进行实验研究，未充分考虑实际情 况下的多变因素，应对电动汽车集成热管理系统 进行实际测试，分析热管理系统的动态响应特性、 安全性、稳定性和经济性等. 3    集成系统运行控制 电动汽车集成热管理系统耦合了不同的热管 理对象，因此系统的运行控制显得尤为重要. 只有 通过合理有效的控制策略对集成热管理系统运行 参数进行优化控制，才能真正发挥集成热管理系 统取长补短的优势. 鉴于电动汽车集成热管理系 统的复杂性，仅仅通过实验无法对集成热管理系 统进行全面的研究，目前多通过建立仿真系统，在 验证仿真系统准确性的基础上通过改变仿真参数和 新的控制策略对集成热管理系统进行优化研究. 冯权等[65] 对某款纯电动汽车的动力总成热管 理系统进行研究，基于 AMEsim 软件搭建了包括 驱动电机、电机控制器和动力电池的分布式一维 冷却系统，并基于实际台架验证了搭建模型的准 确性. 在 Simulink 软件中设计模型预测控制器，以 热源的发热功率作为扰动量，冷却水泵流量和风 扇转速作为操作变量对冷却系统的控制策略进行 了优化，通过和 AMEsim 软件的联合仿真，结果表 明相比 PID 控制和开关阈值控制，采用模型预测 控制的热管理系统响应性能更好，对于温度的变 化会提前做出反应，同时也减少了冷却系统的能 量消耗. 一维系统仿真模型能够从系统角度研究不同 部件之间的匹配关系及对系统整体性能的影响， 三维模型侧重于对研究对象细节的分析和优化[66] . Liu 等[67] 针对纯电动汽车发动机舱内换热部件 多、热交换过程互相影响的特点提出了如图 7 所 示的纯电动汽车发动机舱热管理系统一维/三维联 合仿真框架，通过关联算法使一维空调系统和动 力系统与三维发动机舱内冷凝器模型、电池散热 器以及电机散热器进行联合计算，仿真研究了集 成热管理系统中空调负荷变化与冷凝器、电池散 热器及电机散热器排布位置之间的互相影响. 结 果表明，当冷凝器置于电机和电池散热器之前时， 随着空调负荷的增大，电机和电池散热系统冷却 效果会减小；当冷凝器置于电机和电池散热器之 后时，空调系统负荷变化对动力系统冷却性能影 响不大. 该研究方法为电动汽车集成热管理系统 的优化设置及运行控制提供了新的思路. 由上可知，采用一维系统仿真模型能够从整 体角度优化电动汽车集成热管理系统的控制策 略，从而提高集成热管理系统的性能. 然而仅采用 一维仿真模型无法对集成热管理系统中核心换热 部件的三维结构如形状、尺寸和位置等三维细节 进行优化，进一步的研究应采用一维与三维联合 仿真的形式研究不同运行控制策略对集成热管理 系统的影响. 4    集成系统性能评价 电动汽车集成热管理系统具有多热源、多温 区和变温度的特点，现阶段不同的热管理子系统 Battery pack test system Compressor Condenser Computer Cabin evaportor EEV 2 EEV 1 EEV driver board Battery pack cooling module 图 6    集成热管理系统原理图[64] Fig.6    Schematic of the experimental test rig[64] · 418 · 工程科学学报，第 42 卷，第 4 期

姚孟良等：电动汽车集成热管理研究进展 419 Characteristic parameters obtained through experiments or supplier supply 3D 3D models model Air ID models start Compressor conditioning Ambient calculation air 3D process Passenger arameter cabin control setting Battery Motor/IPU radiator /DC-DC Thermal Read Read load Condenser results working conditions Evaporator Motor radiator Battery ◆ pack External Power system Cooling system HVAC operating environmental operating operating conditions conditions conditions Expansion valve conditions 图7纯电动汽车发动机舱热管理系统框架6) Fig.7 Underhood thermal management system framework of PEV 采统用不同的性能评价指标，如采用电池温度和 当前关于电动汽车集成热管理系统的综合评 温差来评价电池热管理系统的性能，采用性能系 价体系研究较少，而这一综合评价体系可以为电 数COP即获得收益（制冷量或制热量）与付出代价 动汽车集成热管理系统的发展提供指导方向，促 (耗电量)的比值来评价乘员舱热管理系统的性 进其在实际车型中的应用.当前研究多关注单一 能，采用电机温度来评价电机驱动系统热管理的 系统性能优化，较少从整车层面引入现实考量来 性能等，且上述热管理目标在实现过程中存在相 综合评价集成热管理系统的性能，进一步的研究 互矛盾之处，未引入工艺、成本、质量、强度、密 应以热力学定律为基础，考虑实际因素，建立标准 封性等现实考量，缺少标准化和通用化的综合评 化和通用化的综合评价体系 价体系 5结语 电动汽车集成热管理系统是一种热力学系 统，采用热力学方法可以从系统角度对集成热管 温度是影响电动汽车性能的关键因素，高效 理系性能进行优化设计.Hamut等6s!采用热力学 的电动汽车集成热管理系统对于电动汽车的发展 第二定律对一种增程式电动汽车的集成热管理系 具有重要意义，随着电动汽车对热管理系统要求 统进行性能分析，通过分析系统的㶲效率对热管 的提升，电动汽车集成热管理系统还存在以下几 理回路中各个部件进行优化，从而提高集成热管 个方面的问题亟待解决： 理系统的性能，研究结果表明，系统与周围环境之 (1)电池产热模型、冷热负荷计算模型、电机 间的传热和系统部件内部的流体摩擦是造成集成 驱动系统产热模型是集成热管理系统设计的基 热管理系统不可逆的主要因素.Javani等6网设计 础.应进一步研究不同产热模型的机理，提高模型 了一套包含汽车空调和电池的集成热管理系统， 的预测精度，为设备优化设计和工程应用提供理 该系统中采用相变材料十八烷作为电池的冷却介 论支撑 质，通过在空调系统中设置平行蒸发器为相变材 (2)电动汽车集成热管理系统应朝着轻量化、 料提供冷源.通过㶲分析发现，整个系统的㶲效率 紧凑化、集成化方向发展.当前的热管理研究侧 为31%，最大㶲损失率为0.4kW,与系统中其他部 重某单一热管理系统的性能优化，忽视了各热管 件相比换热器的㶲效率最低.在此基础上，还研究 理子系统之间的互相影响.进一步的研究应利用 了整个集成热管理的环境效益，指出提高系统的 热泵技术、热管技术和直接蒸发冷却电池包等先 㶲效率可减少温室气体排放量并提高系统可持续 进的热管理方法从集成系统层面综合考虑热管理 性.最后，采用遗传算法，以系统最大㶲效率和最 各子系统之间的耦合关系，提升电动汽车集成热 低成本率为优化目标，结果表明该系统的最大㶲 管理系统性能 效率和最低成本率分别为34.5%和1.38$h1 (3)电动汽车不同的驾驶工况对于集成热管

采统用不同的性能评价指标，如采用电池温度和 温差来评价电池热管理系统的性能，采用性能系 数 COP 即获得收益（制冷量或制热量）与付出代价 （耗电量）的比值来评价乘员舱热管理系统的性 能，采用电机温度来评价电机驱动系统热管理的 性能等，且上述热管理目标在实现过程中存在相 互矛盾之处，未引入工艺、成本、质量、强度、密 封性等现实考量，缺少标准化和通用化的综合评 价体系. 电动汽车集成热管理系统是一种热力学系 统，采用热力学方法可以从系统角度对集成热管 理系性能进行优化设计. Hamut 等[68] 采用热力学 第二定律对一种增程式电动汽车的集成热管理系 统进行性能分析，通过分析系统的㶲效率对热管 理回路中各个部件进行优化，从而提高集成热管 理系统的性能. 研究结果表明，系统与周围环境之 间的传热和系统部件内部的流体摩擦是造成集成 热管理系统不可逆的主要因素. Javani 等[69] 设计 了一套包含汽车空调和电池的集成热管理系统， 该系统中采用相变材料十八烷作为电池的冷却介 质，通过在空调系统中设置平行蒸发器为相变材 料提供冷源. 通过㶲分析发现，整个系统的㶲效率 为 31%，最大㶲损失率为 0.4 kW，与系统中其他部 件相比换热器的㶲效率最低. 在此基础上，还研究 了整个集成热管理的环境效益，指出提高系统的 㶲效率可减少温室气体排放量并提高系统可持续 性. 最后，采用遗传算法，以系统最大㶲效率和最 低成本率为优化目标，结果表明该系统的最大㶲 效率和最低成本率分别为 34.5% 和 1.38 $·h–1 . 当前关于电动汽车集成热管理系统的综合评 价体系研究较少，而这一综合评价体系可以为电 动汽车集成热管理系统的发展提供指导方向，促 进其在实际车型中的应用. 当前研究多关注单一 系统性能优化，较少从整车层面引入现实考量来 综合评价集成热管理系统的性能，进一步的研究 应以热力学定律为基础，考虑实际因素，建立标准 化和通用化的综合评价体系. 5    结语 温度是影响电动汽车性能的关键因素，高效 的电动汽车集成热管理系统对于电动汽车的发展 具有重要意义. 随着电动汽车对热管理系统要求 的提升，电动汽车集成热管理系统还存在以下几 个方面的问题亟待解决： （1）电池产热模型、冷热负荷计算模型、电机 驱动系统产热模型是集成热管理系统设计的基 础. 应进一步研究不同产热模型的机理，提高模型 的预测精度，为设备优化设计和工程应用提供理 论支撑. （2）电动汽车集成热管理系统应朝着轻量化、 紧凑化、集成化方向发展. 当前的热管理研究侧 重某单一热管理系统的性能优化，忽视了各热管 理子系统之间的互相影响. 进一步的研究应利用 热泵技术、热管技术和直接蒸发冷却电池包等先 进的热管理方法从集成系统层面综合考虑热管理 各子系统之间的耦合关系，提升电动汽车集成热 管理系统性能. （3）电动汽车不同的驾驶工况对于集成热管 3D models Motor radiator Condenser Battery pack Passenger cabin Thermal load Evaporator Compressor Air conditioning 1D models Motor/IPU /DC-DC External environmental conditions Power system operating conditions Cooling system operating conditions HVAC operating conditions Characteristic parameters obtained through experiments or supplier supply Battery radiator 3D model start 3D parameter setting Read results Read working conditions 1D calculation process control Ambient air Expansion valve 图 7    纯电动汽车发动机舱热管理系统框架[67] Fig.7    Underhood thermal management system framework of PEV[67] 姚孟良等： 电动汽车集成热管理研究进展 · 419 ·

420 工程科学学报，第42卷，第4期 理系统中各子系统的要求不同.进一步的研究可 39(10):1565 采用一维三维联合仿真的方法面向不同的集成热 (张前，冯明，陈俊，等.车载超高速永磁无刷电机驱动器.工程 管理系统制定针对性的运行控制策略及优化控制 科学学报，2017,39(10)：1565) [12]Chen S C,Wan CC,Wang YY.Thermal analysis of lithium-ion 方法，从而满足复杂多变的运行工况下电动汽车 batteries.J Power Sources,2005,140(1):111 的热管理需求 [13]Bemardi D,Pawlikowski E,Newman J.A general energy balance (4)当前研究多关注于提升某单一热管理系 for battery systems.J Electrochem Soc,1985,132(1):5 统的性能指标，而忽视了工艺、成本、质量、强 [14]Chiew J,Chin C S,Toh W D,et al.A pseudo three-dimensional 度、密封性等多方面因素的影响，缺少标准化和通 electrochemical-thermal model of a cylindrical LiFePO4/graphite 用化的综合评价体系.进一步的研究应充分考虑 battery.Appl Therm Eng,2019,147:450 集成热管理系统中不同因素之间的制约关系，制 [15]Tian H,Wang W G,Shu G Q,et al.Analysis of heat generation in a Li-ion battery based on a multi-scale and electrochemical- 定标准化的测试方法，提出相应的综合评价指标， thermal coupled model.J Tianjin Univ,2016,49(7):734 推动电动汽车集成热管理系统的发展 (田华，王伟光，舒歌群，等.基于多尺度、电化学-热耦合模型的 锂离子电池生热特性分析.天津大学学报，2016,49(7)：734) 参考文献 [16]Liang J L,Gan Y H,Song W F,et al.Thermal-Electrochemical [1]Tilt B.China's air pollution crisis:science and policy perspectives. simulation of electrochemical characteristics and temperature Environ Sci Policy,2019,92:275 difference for a battery module under two-stage fast charging.J [2] Wada M.Research and development of electric vehicles for clean Energy Storage,2020,29:101307 transportation.J Environ Sci,2009,21(6):745 [17]Zhang L J,Li W B,Cheng H Z.Coupled thermal-electrochemical [3] Andersen P H,Mathews J A,Rask M.Integrating private transport model of 3D lithium-ion battery.Chin J Power Sources,2016, into renewable energy policy:the strategy of creating intelligent 40(7):1362 recharging grids for electric vehicles.Energy Policy,2009,37(7): (张立军，李文博，程洪正.三维锂离子单电池电化学-热耦合模 2481 型.电源技术，2016,40(7)：1362) [4] An F Q,Zhao J Y,Chen L F,et al.Consistency study on 18650 [18]Ji FZ,Liu L J,Yang S C,et al.Heating generation model and heat cells used in electric vehicles.Chin J Eng,2017,39(1):107 dissipation performance of the power battery in electric vehicle. (安富强，赵建源，陈璐凡，等.纯电动车用18650电池的一致性 Beijing Univ Aeron Astron,2014,40(1):18 研究.工程科学学报，2017,39(1)：107) (姬芬竹，刘丽君，杨世春，等.电动汽车动力电池生热模型和散 [5] An F Q,Zhou W N,Li P.Sensitivity of electrodes in a lithium ion 热特性.北京航空航天大学学报，2014,40(1)：18) cell to temperature and SOC.Chin J Eng,2018,40(6):729 [19]Wu S.Contrast and analysis on the calculation methods of air (安富强，周伟男，李平锂离子电芯用电极对温度与SOC的敏感 conditioning load in automobile.Refrig Air-Cond,2002,2(6):20 性.工程科学学报，2018,40(6)：729) (吴双.汽车空调车身热负荷计算方法分析与比较.制冷与空调， [6]Shim J.Kostecki R,Richardson T,et al.Electrochemical analysis 2002,2(6):20) for cycle performance and capacity fading of a lithium-ion battery [20]Wang J Y,Xue C T,Hu X J,et al.Simulation of airflow in cycled at elevated temperature.J Power Sources,2002,112(1): passenger compartment based on air-conditioning supply 222 parameters.J Jilin Univ Eng Technol Ed,2017,47(1):50 [7]Zhang S S,Xu K,Jow T R.The low temperature performance of (王靖宇，薛超坦，胡兴军，等.基于空调送风参数的车室内流模 Li-ion batteries.J Power Sources,2003,115(1):137 拟.吉林大学学报：工学版，2017,47(1)：50) [8] Zhang Z Q,Wang DD,Zhang C Q,et al.Electric vehicle range [21]Ye L,Zhao T W,Chen Y,et al.Establishment and analysis of a extension strategies based on improved AC system in cold climate simulation model for an electric vehicle's thermal load.JNew Ind, a review.Int J Refrig,2018,88:141 2019,9(5):70 [9]Khoury G E.Clodic D.Method of test and measurements of fuel (叶立，赵天玮，陈宇，等.某电动汽车整车热负荷仿真模型的建 consumption due to air conditioning operation on the new prius Il 立及分析.新型工业化，2019,9(5)：70) hybrid vehicle.SAE Trans,2005,114:2563 [22]Bertotti G.General properties of power losses in soft [10]Min H T.Wang X.Zeng X H,et al.Parameter design and ferromagnetic materials.IEEE Trans Magn,1988,24(1):621 computation study for air conditioning system of electric vehicle. [23]Chen K,Li Z Y,Chen Y M,et al.Design of parallel air-cooled Automob Technol,2009(6):19 battery thermal management system through numerical study (闵海涛，王晓丹，曾小华，等.电动汽车空调系统参数匹配与计 Energies,.2017,10(10):167 算研究.汽车技术，2009(6)：19) [24]Chen Y F,Evans J W.Heat transfer phenomena in [11]Zhang Q,Feng M,Chen J,et al.A vehicle mounted super high lithium/polymer-electrolyte batteries for electric vehicle speed permanent magnet brushless motor drive.Chin/Eng,2017, application.J Electrochem Soc,1993,140(7):1833

理系统中各子系统的要求不同. 进一步的研究可 采用一维/三维联合仿真的方法面向不同的集成热 管理系统制定针对性的运行控制策略及优化控制 方法，从而满足复杂多变的运行工况下电动汽车 的热管理需求. （4）当前研究多关注于提升某单一热管理系 统的性能指标，而忽视了工艺、成本、质量、强 度、密封性等多方面因素的影响，缺少标准化和通 用化的综合评价体系. 进一步的研究应充分考虑 集成热管理系统中不同因素之间的制约关系，制 定标准化的测试方法，提出相应的综合评价指标， 推动电动汽车集成热管理系统的发展. 参    考    文    献 Tilt B. China’s air pollution crisis: science and policy perspectives. Environ Sci Policy, 2019, 92: 275 [1] Wada M. Research and development of electric vehicles for clean transportation. J Environ Sci, 2009, 21（6）: 745 [2] Andersen P H, Mathews J A, Rask M. Integrating private transport into  renewable  energy  policy:  the  strategy  of  creating  intelligent recharging grids for electric vehicles. Energy Policy, 2009, 37（7）: 2481 [3] An F Q, Zhao J Y, Chen L F, et al. Consistency study on 18650 cells used in electric vehicles. Chin J Eng, 2017, 39（1）: 107 （安富强, 赵建源, 陈璐凡, 等. 纯电动车用18650电池的一致性 研究. 工程科学学报, 2017, 39（1）：107） [4] An F Q, Zhou W N, Li P. Sensitivity of electrodes in a lithium ion cell to temperature and SOC. Chin J Eng, 2018, 40（6）: 729 （安富强, 周伟男, 李平. 锂离子电芯用电极对温度与SOC的敏感 性. 工程科学学报, 2018, 40（6）：729） [5] Shim J, Kostecki R, Richardson T, et al. Electrochemical analysis for cycle performance and capacity fading of a lithium-ion battery cycled  at  elevated  temperature. J Power Sources,  2002,  112（1）: 222 [6] Zhang S S, Xu K, Jow T R. The low temperature performance of Li-ion batteries. J Power Sources, 2003, 115（1）: 137 [7] Zhang Z Q, Wang D D, Zhang C Q, et al. Electric vehicle range extension strategies based on improved AC system in cold climate - a review. Int J Refrig, 2018, 88: 141 [8] Khoury G E, Clodic D. Method of test and measurements of fuel consumption due to air conditioning operation on the new prius II hybrid vehicle. SAE Trans, 2005, 114: 2563 [9] Min  H  T,  Wang  X,  Zeng  X  H,  et  al.  Parameter  design  and computation study for air conditioning system of electric vehicle. Automob Technol, 2009（6）: 19 （闵海涛, 王晓丹, 曾小华, 等. 电动汽车空调系统参数匹配与计 算研究. 汽车技术, 2009（6）：19） [10] Zhang  Q,  Feng  M,  Chen  J,  et  al.  A  vehicle  mounted  super  high speed permanent magnet brushless motor drive. Chin J Eng, 2017, [11] 39（10）: 1565 （张前, 冯明, 陈俊, 等. 车载超高速永磁无刷电机驱动器. 工程 科学学报, 2017, 39（10）：1565） Chen S C, Wan C C, Wang Y Y. Thermal analysis of lithium-ion batteries. J Power Sources, 2005, 140（1）: 111 [12] Bernardi D, Pawlikowski E, Newman J. A general energy balance for battery systems. J Electrochem Soc, 1985, 132（1）: 5 [13] Chiew J, Chin C S, Toh W D, et al. A pseudo three-dimensional electrochemical-thermal  model  of  a  cylindrical  LiFePO4/graphite battery. Appl Therm Eng, 2019, 147: 450 [14] Tian H, Wang W G, Shu G Q, et al. Analysis of heat generation in a  Li-ion  battery  based  on  a  multi-scale  and  electrochemical￾thermal coupled model. J Tianjin Univ, 2016, 49（7）: 734 （田华, 王伟光, 舒歌群, 等. 基于多尺度、电化学−热耦合模型的 锂离子电池生热特性分析. 天津大学学报, 2016, 49（7）：734） [15] Liang  J  L,  Gan  Y  H,  Song  W  F,  et  al.  Thermal-Electrochemical simulation  of  electrochemical  characteristics  and  temperature difference  for  a  battery  module  under  two-stage  fast  charging. J Energy Storage, 2020, 29: 101307 [16] Zhang L J, Li W B, Cheng H Z. Coupled thermal-electrochemical model  of  3D  lithium-ion  battery. Chin J Power Sources,  2016, 40（7）: 1362 （张立军, 李文博, 程洪正. 三维锂离子单电池电化学−热耦合模 型. 电源技术, 2016, 40（7）：1362） [17] Ji F Z, Liu L J, Yang S C, et al. Heating generation model and heat dissipation performance of the power battery in electric vehicle. J Beijing Univ Aeron Astron, 2014, 40（1）: 18 （姬芬竹, 刘丽君, 杨世春, 等. 电动汽车动力电池生热模型和散 热特性. 北京航空航天大学学报, 2014, 40（1）：18） [18] Wu  S.  Contrast  and  analysis  on  the  calculation  methods  of  air conditioning load in automobile. Refrig Air-Cond, 2002, 2（6）: 20 （吴双. 汽车空调车身热负荷计算方法分析与比较. 制冷与空调, 2002, 2（6）：20） [19] Wang  J  Y,  Xue  C  T,  Hu  X  J,  et  al.  Simulation  of  airflow  in passenger  compartment  based  on  air-conditioning  supply parameters. J Jilin Univ Eng Technol Ed, 2017, 47（1）: 50 （王靖宇, 薛超坦, 胡兴军, 等. 基于空调送风参数的车室内流模 拟. 吉林大学学报: 工学版, 2017, 47（1）：50） [20] Ye L, Zhao T W, Chen Y, et al. Establishment and analysis of a simulation model for an electric vehicle’s thermal load. J New Ind, 2019, 9（5）: 70 （叶立, 赵天玮, 陈宇, 等. 某电动汽车整车热负荷仿真模型的建 立及分析. 新型工业化, 2019, 9（5）：70） [21] Bertotti  G.  General  properties  of  power  losses  in  soft ferromagnetic materials. IEEE Trans Magn, 1988, 24（1）: 621 [22] Chen  K,  Li  Z  Y,  Chen  Y  M,  et  al.  Design  of  parallel  air-cooled battery  thermal  management  system  through  numerical  study. Energies, 2017, 10（10）: 1677 [23] Chen  Y  F,  Evans  J  W.  Heat  transfer  phenomena  in lithium/polymer-electrolyte  batteries  for  electric  vehicle application. J Electrochem Soc, 1993, 140（7）: 1833 [24] · 420 · 工程科学学报，第 42 卷，第 4 期