某电动皮卡空调系统性能仿真与试验研究

何小明 ，黄 勤 ，刘 洋

（江西五十铃有限公司产品开发技术中心，江西 南昌 330001）

0 引言

电动皮卡以其零排放、维修保养方便、性价比高等优点，成为商用皮卡发展的新兴趋势。电动皮卡在结构上与传统燃油型皮卡存在较大差异，电动皮卡没有发动机，使用蓄电池提供的电能驱动，即压缩机只能采用电动机驱动，因为没有发动机，也就不存在利用发动机冷却水带来的余热进行除霜除雾。因此，传统的蒸发器总成应用于电动车时，因没有供暖的散热器而结构需产生设变，需要重点关注电动皮卡的空调系统性能[1-3]。

电动汽车空调系统结构如图1 所示，包括冷凝器、蒸发器、电动制冷压缩机、膨胀阀、管路等，电动汽车的制冷系统与传统动力汽车基本相同，由压缩机、冷凝器、蒸发器、冷却风扇、鼓风机、膨胀阀、储液干燥器和高低压管路附件等组成[4-5]。

图1 电动汽车空调系统

本研究基于某燃油皮卡车型结构，借助CAE仿真软件及环模试验设备，开展了基础皮卡和电动皮卡的乘员舱内空调系统吹面模式的CFD 流场和驾驶室前挡风玻璃除霜性能CFD对比分析，并在某环模实验室内，对某电动皮卡空调系统进行了除霜性能试验，详细分析了CFD仿真与实测数据，校核该电动皮卡空调系统性能，为同类车型空调系统性能分析提供参考。

1 纯电动皮卡空调性能CAE分析

随着商用电动汽车品牌日益繁荣，用户对于电动汽车的舒适性能指标追求也在不断提高。车载空调系统，包括制冷、供暖、除霜除雾、调节空气湿度、净化车内空气质量等功能，对于提升驾乘人员舒适性能及降低人员疲劳感、保障车内人员的呼吸健康起着非常重要的作用[6-8]。

1.1 电动皮卡内流场性能CFD分析

采用Starm C++软件对基础车型和电动皮卡车型的乘员舱内空调系统的吹面进行CFD 分析，搭建的有限元模型如图2 所示。入口边界条件为进口流量为430 m3/h，出口边界条件为压力出口静压力为0，壁面处理方式采用Two-Layer Ally方式，空气物性参数包括空气密度为1.22 kg/m3，空气黏度为1.85×10-5Pa·s。

图2 某电动皮卡乘员舱内空调系统吹面CFD分析有限元模型

为得到乘员舱内前后排乘员的流场性能，详细开展了对比分析，分析结果如图3 所示。可以得出，基础车型和电动皮卡车型，在中间通道，流场较为顺畅，但是在驾驶员一侧，基础车型流场阻力较大，回流更为明显，制冷效果消耗比更大，在优化了出风口角度后，电动汽车在驾驶侧流场改善明显，空调性能得到提升。

图3 吹面模式内流场性能分布对比图

1.2 电动皮卡前挡风玻璃除霜CFD分析

汽车，其使用场景复杂多变，一方面受道路路况好坏的影响，另一方面也会受到天气的影响，在恶劣的天气工况下，例如雨雪雨雾天气，前挡风玻璃容易凝霜，造成驾驶员视野模糊不清晰，极易产生交通事故[9-10]。良好的汽车空调系统，需要具备优异的除霜除雾能力。基于此，本研究开展了电动汽车驾驶室前挡风玻璃除霜CFD 分析。搭建有限元模型并按GB 11556—1994确认前挡风玻璃的A区、A'区以及B区，如图4 所示。边界条件为标准大气压下，入口流量为430 m3/h，风管压损不超过100 Pa，驾驶室前挡风玻璃CFD 除霜性能对比结果如图5 所示。可以判断，较基础车型，电动汽车流量增大，覆盖面积得到扩增，基本覆盖A区和B区，满足设计目标要求。

图4 有限元模型及前挡风玻璃A区、A'区及B区

图5 驾驶室前挡风玻璃CFD除霜性能对比图

2 纯电动皮卡空调性能试验分析

根据GB/T 24552—2009 要求，每辆电动汽车应装备一套除霜装置，除霜试验开始后20 min 内，至少应将A 区80%面积的霜除净，试验后的25 min 内，至少应将A'区80%面积的霜除净，试验开始后的40 min 内，至少应将B 区90%的霜除净。本研究在某环模试验室内，开展某电动汽车的空调系统除霜性能试验，试验进程中详细拍照记录除霜过程。

本研究所开展的电动汽车空调系统除霜试验系统概述如下：1）加热器：有效芯体196.2 mm×165.2 mm×27 mm；翅片波宽27 mm，波高4.5 mm，波距1.9 mm；扁管210 mm×1.24 mm×0.22 mm。2）水PTC：5.5 kW±5%。在电动汽车空调系统除霜性能试验中，拍照记录各关键时间节点试验结果照片，得到除霜试验进程结果如图6所示。

图6 电动汽车空调系统除霜试验结果记录图

根据电动皮卡的空调系统除霜性能试验结果记录照片，试验开始后15 min，A 区域有35%已完成除霜，试验开始后40 min，B 区域有100%已完成除霜，满足GB/T 24552—2009性能目标要求。

3 结论

综上所述，研究小组在剖析电动皮卡空调系统的组成及功能的基础上，借助CFD 流体仿真软件及环模室测试设备，对某电动皮卡乘员舱内空调系统吹面模式的CFD 流场和驾驶室前挡风玻璃除霜性能CFD进行了对比分析，并开展了除霜性能试验测试。仿真结果表明，该电动皮卡空调性能满足GB/T 24552—2009要求，提升了电动皮卡用户驾乘感受与品质。