來源|制冷學(xué)報2021-02-25 2.2 可調(diào)節(jié)降壓裝置開度的系統(tǒng)性能分析 實驗使用可調(diào)節(jié)開度的壓力調(diào)節(jié)閥 EXV3測試不同降壓裝置開度對系統(tǒng)性能的影響。設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥EXV3開度為 26.0%、29.5%、31.3%，通過穩(wěn)壓源調(diào)節(jié)電加熱膜功率為400 W、500 W、600 W、700 W。該工
2.2 可調(diào)節(jié)降壓裝置開度的系統(tǒng)性能分析實驗使用可調(diào)節(jié)開度的壓力調(diào)節(jié)閥 EXV3測試不同降壓裝置開度對系統(tǒng)性能的影響。設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥EXV3開度為 26.0%、29.5%、31.3%，通過穩(wěn)壓源調(diào)節(jié)電加熱膜功率為400 W、500 W、600 W、700 W。該工況下， EXV2 和壓力調(diào)節(jié)閥的開度通過手動調(diào)節(jié)，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差較 PID控制偏大。其中 EXV2 口徑為 1.2 mm，壓力調(diào)節(jié)閥口徑為2.5 mm。圖7所示為不同壓力調(diào)閥開度下，直冷板出口壓力、直冷板制冷劑流量和電子膨脹閥 EXV2 開度隨加熱膜熱負(fù)荷的變化。結(jié)果表明， 相同的壓力調(diào)節(jié)閥開度下，直冷板出口壓力、EXV2 開度和制冷劑流量均隨著電加熱膜熱負(fù)荷的增加而增加。在相同的電加熱膜熱負(fù)荷下，直冷板出口壓力隨著壓力調(diào)節(jié)閥開度的增加而減小，而直冷板內(nèi)制冷劑流量幾乎不受壓力調(diào)節(jié)閥開度變化的影響 ，相同電加熱膜熱負(fù)荷下，流量最大偏差小于5%。其中，流量偏差=相同熱負(fù)荷對應(yīng)的流量最大值與流量最小值之差/流量最小值。 EXV2 作為調(diào)節(jié)直冷板的制冷劑流量的主要裝置，開度也幾乎不受壓力調(diào)節(jié)閥的影響。
圖 7 壓力調(diào)節(jié)閥開度對直冷板出口壓力和流量的調(diào)節(jié)能力以及 EXV2 隨壓力調(diào)節(jié)閥的變化根據(jù)直冷板出口壓力隨壓力調(diào)節(jié)閥開度增加而減小這一特 性，通過實驗測試不同熱負(fù)荷下壓力調(diào)節(jié)閥對直冷板出口壓力的調(diào)節(jié)能力。實驗中，調(diào)節(jié)電加熱膜功率為 500 W、 600 W、700 W、800 W，控制電加熱膜監(jiān)測點(diǎn)最高溫度不超過45℃。通過 PID 控制方式調(diào)節(jié)電子膨脹閥EXV2和壓力調(diào)節(jié)閥的開度。其中EXV2口徑為 1.0 mm，壓力調(diào)節(jié)閥口徑為2.5 mm。直冷板出口壓力目標(biāo)值為0.6 MPa。圖8所示為直冷板制冷劑流量、直冷板系統(tǒng)焓差、直冷板出口壓力、壓力調(diào)節(jié)閥開度和電子膨脹閥EXV2開度隨電加熱膜熱負(fù)荷的變化趨勢。
由圖8可知， 隨著電加熱膜熱負(fù)荷的增加，為了保證直冷板出口過熱度在合適的范圍內(nèi)，通過增加電子膨脹閥EXV2 的開度來增加直冷板的制冷劑流量，以滿足系統(tǒng)換熱量要求 。由2.1節(jié)圖5分析可知，增加 EXV2 開度會導(dǎo)致直冷板出口壓力增加。而由2.2 節(jié)圖7 可知增加壓力調(diào)節(jié)閥開度可以減小直冷板出口壓力，且對直冷板制冷劑流量影響極小。 利用EXV2 和壓力調(diào)節(jié)閥對直冷板出口壓力的調(diào)節(jié)特性，可以將直冷板出口壓力控制在一個穩(wěn)定的目標(biāo)值。如圖 8(b) 所示， EXV2 增加的同時，增大壓力調(diào)節(jié)閥的開度，可以將直冷板出口壓力控制在一個穩(wěn)定的值0.6MPa。 從直冷板溫度控制的角度看，針對不同的電池負(fù)荷，通過直冷板后的可調(diào)節(jié)降壓裝置控制直冷板出口壓力，可以提高直冷板的蒸發(fā)溫度，將電池運(yùn)行溫度控制在合適的范圍內(nèi)。
圖 8 制冷劑流量、系統(tǒng)焓差隨熱負(fù)荷的變化以及壓力調(diào)節(jié)閥對不同熱負(fù)荷下直冷板出口壓力的調(diào)節(jié)能力由上述分析可知直冷板后使用降壓裝置可以提高直冷板出口壓力， 根據(jù)降壓裝置等焓節(jié)流的特性，恒定壓力調(diào)節(jié)閥出口壓力和過熱度為定值，直冷板出口過熱度隨著蒸發(fā)壓力的提高而減小，直至兩相區(qū)。 如圖9 所示，hv.out 為壓力調(diào)節(jié)閥出口焓值。表 2 為壓力調(diào)節(jié)閥固定開度和調(diào)節(jié)開度時不同熱負(fù)荷工況對應(yīng)的實驗結(jié)果。控制壓力調(diào)節(jié)閥出口壓力為 0.35 MPa，過熱度為5 K，通過等焓節(jié)流理論計算直冷板出口過熱度。計算結(jié)果表明，直冷板出口過熱度隨著蒸發(fā)壓力的升高而減小，當(dāng)直冷板出口壓力為 0.6 MPa 時，直冷板出口制冷劑處于兩相狀態(tài)。
圖 9 使用降壓裝置的制冷系統(tǒng) p-h 圖由表 2 可知， 直冷板后使用降壓裝置不僅能提高直冷板出口壓力，還可以減小直冷板出口過熱度。因此減小因制冷劑過熱而產(chǎn)生的直冷板溫差，從而改善直冷板均溫性。隨著直冷板出口壓力的升高，直冷板出口過熱度越小，冷板均溫性越好。
從 電池?zé)峁芾斫嵌确治?，在保證電池運(yùn)行溫度的前提下，利用直冷板后降壓裝置可以將直冷板出口過熱度控制在一個較小的范圍內(nèi)，減小直冷板出口過熱度造成的換熱溫差，通過改善直冷板均溫性來改善電池的均溫性 。由數(shù)據(jù)可知， 使用固定開度調(diào)節(jié)閥時，直冷板出口壓力隨著熱負(fù)荷增加而增加。而相較于固定開度的調(diào)節(jié)方式，可調(diào)節(jié)開度的壓力調(diào)節(jié)閥可以將直冷板出口壓力控制在一個目標(biāo)值，在電池?zé)峁芾響?yīng)用中可以更好的控制電池的運(yùn)行溫度。
本文對電動汽車電池制冷劑直冷系統(tǒng)方案進(jìn)行了優(yōu)化，設(shè)計了一套模擬電池制冷劑直冷的系統(tǒng)。通過實驗對制冷劑直冷系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行了研究，分析了在直冷板后增加一個降壓裝置后對直冷板溫度調(diào)節(jié)的可行性。得出如下結(jié)論：1）在直冷板前和直冷板后分別接入可主動調(diào)節(jié)輸入直冷板制冷劑流量的電子膨脹閥和可調(diào)節(jié)開度的降壓裝置（固定節(jié)流孔裝置或可調(diào)節(jié)開度壓力調(diào)節(jié)閥），可以改變直冷板的出口壓力，減小直冷板出口過熱度，從而提升電池冷卻的蒸發(fā)溫度，并改善直冷方式的均溫性。2）在直冷板后使用固定開度降壓裝置時，冷板出口壓力會隨著熱負(fù)荷的動態(tài)變化而改變。熱負(fù)荷過低時，直冷板蒸發(fā)溫度會低于 15 ℃，導(dǎo)致電池過冷卻。熱負(fù)荷過高時，直冷板蒸發(fā)溫度偏高導(dǎo)致電池溫度高于 40 ℃。溫度過高過低均會影響電池的循環(huán)壽命。因而在熱負(fù)荷變化時，固定開度的降壓裝置方案不能控制電池的溫度在合適的范圍內(nèi)。3）在直冷板后使用可調(diào)節(jié)開度的降壓裝置時，可以實現(xiàn)控制直冷板蒸發(fā)壓力到設(shè)定的目標(biāo)值，根據(jù)電池的需求對蒸發(fā)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，文中直冷板壓力目標(biāo)值設(shè)定為 0.6 MPa。4）相較于直冷板后使用固定開度降壓裝置的調(diào)節(jié)方式，可調(diào)節(jié)開度降壓裝置的方案可以根據(jù)電池的運(yùn)行熱負(fù)荷調(diào)整直冷板的蒸發(fā)壓力到合適的目標(biāo)值，既能避免直冷板的蒸發(fā)溫度過低，又能改善均溫性，以取得較佳的電池冷卻效果。
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