直冷直热测试设备在新能源汽车热管理测试中的应用

2026-07-24

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　　新能源汽车在充电、行驶、低温启动及高负载运行过程中，动力电池、电机、电控和功率电子部件会产生不同程度的热量。为了保证相关部件在适宜温度范围内运行，整车通常需要配置相应的热管理系统。

　　随着动力电池能量密度、快充功率和整车热管理集成程度不断提高，传统风冷和液冷方案之外，制冷剂直冷直热技术逐渐成为新能源汽车热管理研发中的重要方向。

　　直冷系统让制冷剂直接进入电池直冷板、换热器或相关热管理部件，通过制冷剂吸热实现降温;直热系统则通过热泵循环、热气输送、冷凝放热或其他制冷剂循环方式，实现电池包及相关部件的加热。

　　与传统冷却液循环系统相比，直冷直热系统减少了部分中间换热环节，但同时对制冷剂温度、压力、流量、相态、阀门控制和系统匹配提出了更高要求。

　　因此，在动力电池包、直冷板、制冷剂管路及整车热管理系统研发过程中，需要使用专业直冷直热测试设备，模拟不同环境、负载和控制工况，并采集相应测试数据。

　　一、新能源汽车热管理系统主要管理哪些部件?

　　新能源汽车热管理系统不仅负责动力电池降温，还可能涉及多个热源和用热单元。

　　常见热管理对象包括动力电池包、电池模组、驱动电机、电机控制器、DC/DC转换器、功率电子模块、乘员舱空调系统、热泵系统、制冷剂管路、冷却液循环系统、换热器及阀组。

　　不同部件的适宜工作温度、发热功率和温度响应要求不同。

　　例如，动力电池需要兼顾高温散热、低温加热和温度均匀性;功率电子部件通常需要及时带走高负载运行时产生的热量;乘员舱则需要满足制冷和制热舒适性要求。

　　当多个系统进行集成时，整车热管理控制会涉及制冷剂回路、冷却液回路、阀门切换、压缩机控制及热量分配等多个环节。

　　二、为什么新能源汽车需要进行热管理测试?

　　热管理系统的性能会直接影响新能源汽车在不同环境和运行状态下的温度控制效果。

　　开展新能源汽车热管理测试，主要用于验证以下内容。

　　1. 高温环境下的散热能力

　　车辆在夏季高温环境、快速充电或高功率运行时，动力电池和功率电子部件会产生较多热量。

　　测试需要验证热管理系统能否及时带走热量，并将被测件温度控制在设计范围内。

　　2. 低温环境下的加热能力

　　在低温环境中，动力电池温度较低时，可能需要通过热管理系统进行预热。

　　测试需要关注电池包升温速度、不同区域温差及达到目标温度所需时间。

　　3. 温度均匀性

　　即使电池包平均温度处于合理范围，不同模组或不同电芯区域之间仍可能存在较大温差。

　　温度分布不均可能与流道结构、制冷剂分配、安装接触和热负载分布有关，因此需要进行多点温度采集。

　　4. 动态响应能力

　　车辆实际运行工况会不断变化。

　　例如，充电功率提高、车辆加速、环境温度变化或系统模式切换，都会导致热负载和温度需求发生变化。

　　热管理测试需要验证系统能否及时响应这些变化。

　　5. 模式切换稳定性

　　新能源汽车热管理系统可能在制冷、加热、待机、除霜和热回收等模式之间切换。

　　切换过程中需要关注压力波动、流量变化、温度变化和阀门动作是否稳定。

　　6. 长时间运行可靠性

　　热管理系统需要在车辆生命周期内反复运行。

　　通过长时间稳定性测试、启停循环和模式切换测试，可以检查系统是否存在泄漏、性能衰减或控制异常。

　　三、什么是直冷直热测试设备?

　　直冷直热测试设备是一种用于模拟制冷剂直接换热工况的测试系统。

　　设备可根据测试要求向动力电池包、直冷板、制冷剂管路、阀体或热管理总成提供设定状态的制冷剂，并采集测试过程中的温度、压力、流量和被测件多点温度等数据。

　　直冷直热测试设备并不是普通冷水机，也不同于仅控制空气温度的高低温试验箱。

　　其核心是建立和控制制冷剂循环，模拟制冷剂在被测件中的蒸发、冷凝、吸热、放热及压力变化过程。

　　四、直冷直热测试设备在动力电池包测试中的应用

　　动力电池包是直冷直热测试设备的重要应用对象。

　　测试设备可与电池包制冷剂进出口连接，并与充放电测试设备、环境试验箱及上位机进行配合，模拟电池包在不同工况下的热管理状态。

　　1. 电池包直冷性能测试

　　在直冷工况下，测试设备向电池包提供设定压力、温度和流量的制冷剂。

　　制冷剂进入电池包内部直冷板或换热结构后吸收热量，从而降低电池温度。

　　主要测试内容包括：

　　• 电池包降温速度;

　　• 电池包稳态温度;

　　• 不同制冷剂流量下的冷却效果;

　　• 不同热负载下的温度变化;

　　• 电池包不同位置的温度差异;

　　• 制冷剂进出口压力变化;

　　• 制冷剂进出口温度变化;

　　• 电池包直冷回路压降;

　　• 长时间冷却运行稳定性。

　　通过直冷性能测试，可以判断制冷剂流量、直冷板结构和控制策略是否满足电池包散热要求。

　　2. 电池包直热性能测试

　　在低温环境下，动力电池通常需要进行加热，使其达到适宜的运行温度。

　　直冷直热测试设备可以根据系统方案模拟直热工况，向电池包提供具备加热能力的制冷剂循环。

　　主要测试内容包括：

　　• 电池包低温启动能力;

　　• 电池包升温速度;

　　• 达到目标温度所需时间;

　　• 不同模组之间的温差;

　　• 制冷剂压力和流量稳定性;

　　• 直热运行过程中的能量输入;

　　• 低温环境下的模式切换性能。

　　直热测试可用于分析热泵循环、热气加热或制冷剂冷凝放热方案的实际效果。

　　3. 电池包温度均匀性测试

　　温度均匀性是动力电池热管理测试的重要指标之一。

　　测试时可以在电池包内部或表面布置多个温度测点，例如：

　　• 制冷剂入口附近;

　　• 制冷剂出口附近;

　　• 电池模组中心区域;

　　• 电池模组边缘区域;

　　• 电池包上层和下层;

　　• 高热负载区域;

　　• 流道末端区域。

　　通过比较各测点温度，可以分析：

　　• 制冷剂在直冷板中的分配是否均匀;

　　• 电池包不同区域的换热能力是否一致;

　　• 是否存在局部过热或过冷;

　　• 直冷板与电池模组接触是否稳定;

　　• 流道结构是否需要优化。

　　4. 电池充放电联动测试

　　动力电池在充放电过程中会产生热量。

　　直冷直热测试设备可以与电池充放电测试机进行通信或联动，根据电池负载变化调整制冷剂流量、压力或运行模式。

　　常见联动测试包括：

　　• 快速充电直冷测试;

　　• 高倍率放电冷却测试;

　　• 充放电循环热管理测试;

　　• 不同电量状态下的温度控制测试;

　　• 充电结束后的温度恢复测试;

　　• 充放电设备故障联锁测试。

　　通过联动测试，可以更加接近动力电池实际运行状态。

直冷直热测试设备在新能源汽车热管理测试中的应用.jpg

　　五、直冷直热测试设备在直冷板测试中的应用

　　直冷板是制冷剂与动力电池之间进行直接换热的重要部件。

　　直冷板内部流道结构、制冷剂分配方式、焊接质量和接口设计，都会影响系统冷却效果。

　　直冷直热测试设备可用于开展以下直冷板测试。

　　1. 换热性能测试

　　在直冷板上施加设定热负载，并向内部提供制冷剂循环，测试不同工况下的换热能力。

　　可以比较：

　　• 不同直冷板结构;

　　• 不同流道方案;

　　• 不同制冷剂流量;

　　• 不同进口压力;

　　• 不同热负载;

　　• 不同安装接触状态。

　　2. 压降测试

　　通过测量直冷板进口压力和出口压力，可以获得制冷剂流经内部流道后的压力损失。

　　压降测试可用于分析流道阻力、接口阻力、内部堵塞、不同流量下的压差变化、多支路分配情况。

　　3. 温度分布测试

　　在直冷板表面布置多个温度传感器或结合其他温度测量方式，可以分析直冷板不同区域的温度分布。

　　如果部分区域温度明显偏高，可能与制冷剂分配不足、流道结构或接触热阻有关。

　　4. 密封性能测试

　　直冷板需要承受制冷剂循环压力。

　　测试过程中可检查焊缝、接口和板体是否存在泄漏，并观察多次冷热循环后密封状态是否发生变化。

　　5. 长时间可靠性测试

　　通过长时间制冷剂循环，可以评价直冷板在持续压力、温度变化及相变换热条件下的性能稳定性。

　　六、直冷直热测试设备在制冷剂管路测试中的应用

　　新能源汽车制冷剂回路通常包含金属管、软管、快插接头、阀体和密封件。

　　这些部件需要在不同温度和压力条件下保持稳定运行。

　　直冷直热测试设备可用于以下管路及连接部件测试。

　　1. 制冷剂流通能力测试

　　通过测量不同压力条件下的制冷剂流量，评价管路和接头的流通能力。

　　2. 管路压降测试

　　测量制冷剂流经管路、弯头、接头和阀体后的压力损失，为系统匹配提供数据。

　　3. 高低温循环测试

　　反复改变制冷剂温度和系统运行状态，检查管路及接头在冷热变化下的可靠性。

　　4. 密封和泄漏测试

　　监测管路连接位置、焊接位置、快速接头和阀门接口是否存在制冷剂泄漏。

　　5. 振动后性能复测

　　部分项目可在管路或接头完成机械振动试验后，再连接直冷直热测试设备进行流量、压力和泄漏复测。

　　七、直冷直热测试设备在阀体测试中的应用

　　电子膨胀阀、电磁阀、截止阀、换向阀和集成阀组是新能源汽车热管理系统中的重要控制部件。

　　阀门开度和动作状态会直接影响制冷剂流量、压力和系统模式。

　　直冷直热测试设备可用于开展：

　　• 不同阀门开度下的流量测试;

　　• 阀门前后压降测试;

　　• 阀门响应时间测试;

　　• 阀门启闭循环测试;

　　• 制冷与制热模式切换测试;

　　• 高温和低温状态下的动作测试;

　　• 长时间动作可靠性测试;

　　• 阀体泄漏测试;

　　• 通信控制测试。

　　测试结果可用于分析阀体流量调节能力和控制重复性。

　　八、直冷直热测试设备在换热器测试中的应用

　　新能源汽车热管理系统可能使用蒸发器、冷凝器、板式换热器及其他制冷剂换热部件。

　　直冷直热测试设备可以为换热器提供稳定的制冷剂工况，并采集相应的进出口参数。

　　常见测试项目包括：

　　• 制冷剂侧换热能力测试;

　　• 制冷剂侧压力测试;

　　• 制冷剂侧压降测试;

　　• 不同流量下的性能测试;

　　• 不同压力下的性能测试;

　　• 高低温工况测试;

　　• 长时间运行测试;

　　• 泄漏及密封测试。

　　如果换热器另一侧流通冷却液，测试平台还可以根据方案与高低温液冷测试设备配合，形成双侧综合换热测试系统。

　　九、直冷直热测试设备在热泵系统测试中的应用

　　热泵系统可以通过制冷剂循环实现乘员舱、电池包和其他部件之间的热量转移。

　　热泵系统涉及多个换热器、阀门和工作模式，控制逻辑较为复杂。

　　直冷直热测试设备可根据项目需求模拟部分制冷剂工况，配合被测热泵系统开展：

　　• 制冷模式测试;

　　• 制热模式测试;

　　• 电池冷却模式测试;

　　• 电池加热模式测试;

　　• 模式切换测试;

　　• 低温启动测试;

　　• 高温运行测试;

　　• 除霜相关工况测试;

　　• 热量分配测试;

　　• 动态负载响应测试;

　　• 长时间运行稳定性测试。

　　实际测试平台的配置，需要根据热泵系统边界、被测件范围和控制策略确定。

　　十、直冷直热测试设备在整车热管理总成测试中的应用

　　整车热管理总成通常集成压缩机、换热器、阀组、传感器、制冷剂管路和控制器。

　　对热管理总成进行测试时，需要模拟多种输入条件，并观察系统输出和控制响应。

　　可开展的测试包括：

　　1. 系统功能测试

　　检查制冷、制热、待机、旁通等工作模式是否能够正常执行。

　　2. 控制策略测试

　　根据温度、压力、负载和控制指令变化，检查系统是否能够按照设定逻辑调节压缩机、阀门和制冷剂流量。

　　3. 动态响应测试

　　模拟热负载突变、环境温度变化或模式切换，记录系统恢复稳定状态所需时间。

　　4. 故障模拟测试

　　模拟部分传感器异常、通信中断、流量不足、压力超限或阀门异常，验证系统报警和保护逻辑。

　　5. 能力边界测试

　　逐步提高热负载或改变环境条件，判断热管理系统在不同工况下的冷却和加热能力边界。

　　十一、直冷直热测试设备可以模拟哪些新能源汽车工况?

　　为了接近车辆实际运行状态，直冷直热测试设备可结合充放电系统、环境试验箱和上位机，模拟多种测试工况。

　　1. 夏季高温行驶工况

　　在较高环境温度下，对电池包施加相应热负载，测试直冷系统持续散热能力。

　　2. 高温快速充电工况

　　模拟动力电池快速充电时产生的热量，测试直冷系统能否控制电池温升和模组温差。

　　3. 低温启动工况

　　将电池包置于低温状态，启动直热系统，测试升温速度和温度均匀性。

　　4. 低温充电预热工况

　　模拟电池在低温环境下进行充电前的预热过程，测试达到目标温度所需时间。

　　5. 高倍率放电工况

　　增加被测件热负载，模拟车辆加速、爬坡或持续高功率输出时的冷却需求。

　　6. 城市启停工况

　　模拟车辆频繁启动和停止，进行热管理系统启停循环及响应测试。

　　7. 制冷与制热切换工况

　　模拟环境温度、车内需求或电池温度变化导致的热管理模式切换。

　　8. 长时间连续运行工况

　　在固定或变化负载下持续运行，观察温度、压力、流量和控制状态的长期稳定性。

　　十二、直冷直热测试的一般系统组成

　　新能源汽车直冷直热测试平台通常不只包含一台测试设备，而是由多个系统共同组成。

　　常见系统包括：

　　1. 直冷直热测试设备

　　负责提供制冷剂循环，并控制或采集温度、压力和流量。

　　2. 被测件

　　可以是动力电池包、直冷板、管路、阀体、换热器或热管理总成。

　　3. 热负载模拟系统

　　用于模拟电池、电机、电控或功率电子部件运行时产生的热量。

　　电池包测试时，也可直接使用充放电测试设备产生实际热负载。

　　4. 环境试验箱

　　用于模拟高温、低温和温度变化环境。

　　5. 数据采集系统

　　用于采集被测件多点温度、电压、电流、压力及其他辅助参数。

　　6. 上位机控制系统

　　用于协调直冷直热设备、充放电设备、环境箱及被测系统的运行顺序。

　　7. 安全监测系统

　　用于监测制冷剂泄漏、超压、超温、异常流量、烟雾或其他安全状态。

　　十三、直冷直热测试设备与环境试验箱如何配合?

　　直冷直热测试设备主要控制制冷剂回路，环境试验箱主要控制被测件周围的空气环境。

　　两者配合可以模拟：

　　• 高温环境直冷;

　　• 低温环境直冷;

　　• 高温环境直热;

　　• 低温环境直热;

　　• 高低温环境切换;

　　• 低温静置后启动;

　　• 高温持续负载运行。

　　在组合测试中，需要提前设计设备之间的通信、启停顺序和故障联锁逻辑。

　　十四、直冷直热测试设备选型需要关注哪些参数?

　　1. 制冷剂类型

　　需要明确实际使用的制冷剂种类，设备压缩机、阀门、传感器和管路应与其匹配。

　　2. 温度范围

　　明确制冷剂进口温度、出口温度和被测件目标温度。

　　3. 压力范围

　　提供高压侧、低压侧、正常工作压力和上限允许压力。

　　4. 制冷剂流量范围

　　设备应覆盖下限流量、额定流量和上限测试流量。

　　5. 被测件热负载

　　热负载会影响压缩机、冷凝器和制冷能力配置。

　　6. 直冷和直热能力

　　需要明确设备只用于直冷，还是同时需要直热及模式切换。

　　7. 被测件压降

　　提供额定流量下的被测件压降，有助于确定系统管路和压力配置。

　　8. 测温点数量

　　根据电池包、直冷板或热管理系统结构确定温度采集通道数量。

　　9. 接口规格

　　接口尺寸和连接形式应与被测件匹配，并满足压力和密封要求。

　　10. 通信方式

　　明确是否需要CAN、RS485、以太网或其他通信接口。

　　11. 联动要求

　　确认是否需要与电池充放电测试机、环境试验箱或上位机联动。

　　12. 安全要求

　　根据制冷剂种类、压力等级和安装环境配置泄漏监测、通风及安全保护。

　　十五、直冷直热测试中的常见问题

　　1. 制冷剂流量无法稳定

　　可能与节流装置、阀门控制、系统压力、被测件阻力或制冷剂充注状态有关。

　　2. 电池包温度分布不均

　　可能与直冷板流道、制冷剂分配、热负载分布和安装接触状态有关。

　　3. 系统压力波动较大

　　可能与压缩机控制、阀门动作、冷凝条件、负载变化或控制参数有关。

　　4. 降温速度达不到要求

　　可能与制冷能力不足、制冷剂流量不匹配、直冷板换热能力或被测件热负载过大有关。

　　5. 直热升温速度较慢

　　可能与加热能力、制冷剂状态、低温环境热损失及被测件热容量有关。

　　6. 模式切换时出现压力冲击

　　可能与阀组切换顺序、压力平衡过程或控制逻辑有关。

　　7. 测试重复性不足

　　可能与抽真空程度、制冷剂充注量、传感器位置、环境条件和稳态判断标准不一致有关。

　　十六、广东芸海君蓝新能源汽车热管理测试解决方案

　　广东芸海君蓝科技有限公司可根据动力电池包、直冷板、制冷剂管路、阀体、换热器及新能源汽车热管理系统的测试需求，提供直冷直热测试设备和定制化测试方案。

　　在制定设备方案前，建议用户提供被测件名称和结构、制冷剂种类、制冷剂充注量、温度范围、高压和低压范围、制冷剂流量范围、被测件热负载、直冷能力要求、直热能力要求、模式切换流程、被测件压降、接口规格、测温点数量、通信协议、联动设备、测试环境和安全要求。

　　完整的测试工况有助于合理配置压缩机、冷凝器、阀组、流量计、传感器、管路和控制程序。