淺談汽車動力熱管理系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化

張?zhí)栍?劉建武

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淺談汽車動力熱管理系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化

張?zhí)栍?劉建武

（長城汽車股份有限公司哈弗技術(shù)中心 河北 保定 071000）

隨著社會的發(fā)展，環(huán)境問題以及能源問題日益突出，以至于我們不得不研究新型能源汽車以適應(yīng)當(dāng)今社會環(huán)境以及科技的變化，因此各種機能電池應(yīng)運而生。燃料汽車由于其自身具備著高效能、無排放污染并且產(chǎn)生噪音小的諸多顯著特點，作為一種用氫氣帶動汽車運行的新型能源技術(shù)，在我國的交通運輸中廣泛使用。本文對汽車動力系統(tǒng)熱管理的相關(guān)系統(tǒng)內(nèi)容進行分析，并對熱管理系統(tǒng)的特點及優(yōu)化處理做出探討。

汽車動力；熱管理系統(tǒng)；優(yōu)化處理

1 引言

燃料電池汽車在運行過程中電力系統(tǒng)所提供的熱效率，往往相較于傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機產(chǎn)生的熱效率，前者要高于后者。那么如果兩者的熱力系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱效率數(shù)值是相同的，燃料汽車的動力系統(tǒng)就要比傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機產(chǎn)生的熱效率更加節(jié)能，由此可見，燃料汽車的動力熱管理系統(tǒng)是較為環(huán)保節(jié)能的。雖然燃料汽車在運行過程中，所產(chǎn)生的效率超于傳統(tǒng)的發(fā)動機，但是對于其排熱問題則較為復(fù)雜。因為傳統(tǒng)的發(fā)動機所造成的熱效率15%是依靠于發(fā)動機自身進行排除的，40%是通過汽車的排氣管排出的，只有8%的熱量是通過散熱器進行排出的。但是燃料汽車卻又所不同。燃料汽車電池發(fā)動機在理論上，產(chǎn)生的熱效率與散熱器的熱量排放都是41%，但是只有18%的熱量是通過汽車尾氣管進行排放的。那么當(dāng)出現(xiàn)工況差勁的情況之下，燃料汽車的動力系統(tǒng)排熱效率往往只有35%，有且僅有3%的熱量經(jīng)由尾氣管進行排放。由此可見，燃料發(fā)動機對于汽車運行中的熱量排放遠超于傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機。因此，對于燃料汽車的熱力排放系統(tǒng)設(shè)計就面臨了很大的挑戰(zhàn)。熱管理是從汽車的整體系統(tǒng)角度，對燃料以及電池的熱量傳遞過程進行控制。從而成為高效的熱管理系統(tǒng)，對整個動力性能都實行改造。

2 汽車熱管理系統(tǒng)設(shè)計

燃料汽車的熱管理系統(tǒng)是基于汽車的整體動能角度，對動力系統(tǒng)以及汽車整體性能關(guān)系，對燃氣汽車的各個系統(tǒng)性能進行集成，從而形成的一個有效的熱管理系統(tǒng)。

2.1 熱管理系統(tǒng)設(shè)計

由于燃料汽車的整個動力系統(tǒng)具備了多樣化的特性，關(guān)乎了汽車整體的各類儀器、部件與結(jié)構(gòu)，加之汽車自身運行狀況的系統(tǒng)復(fù)雜性，從而對于汽車在運行過程中的各種要求都有所不同，其中包括對熱力的維持限度、產(chǎn)生熱力對溫度的改變速率、各個溫度之間的溫度差以及溫度的極限指標等各項要求。熱管理系統(tǒng)的設(shè)計主要包含了多個方面的內(nèi)容，通過根據(jù)汽車的動力系統(tǒng)具體性能要求，以及汽車的運行環(huán)境，從而在基礎(chǔ)的熱力性能研究基礎(chǔ)之上，采用熱力管理措施對系統(tǒng)性的內(nèi)外熱力傳遞過程進行組織，對溫度進行控制，從而均勻的散發(fā)動力系統(tǒng)的各部分溫度，控制恒溫。從而達到在不同季節(jié)、不同車用環(huán)境的條件之下，都能讓汽車的熱管理系統(tǒng)得以適用。

1）熱管理系統(tǒng)中對于汽車各組件溫度變化的范圍控制。熱管理系統(tǒng)中的燃料電池通常情況下在汽車運行時的溫度范圍在60℃～85℃。其中的氫氣與空氣的溫度都不能超出該溫度范圍，因此要想達到這一要求，就需要對氣體進行加濕，從而控制氣體溫度；2）將汽車運行的各個部件的溫度進行均勻控制，燃料電池以及蓄電池等對于溫度的要求控制基本等同，從而保障其工作時的性能。與此同時對于汽車的電力系統(tǒng)中各個組件的設(shè)計，以及對于通用型的考慮，每個部件的溫度控制范圍都會存在一定的溫度差；3）對溫度的極限數(shù)值進行控制。汽車的動力系統(tǒng)中在運行過程中由于各種組件的性能有所不同，因此在不同的溫度數(shù)值要求之下，對于溫度的控制也是有所不同的。如果溫度數(shù)值的限制被突破，那么就會引發(fā)汽車產(chǎn)生安全事故。

2.2 熱管理系統(tǒng)流動與傳熱特性

汽車的熱管理系統(tǒng)中由于復(fù)雜性與熱力特性，以及汽車運行時所處的外部環(huán)境等，各種動態(tài)的變換規(guī)律，對于汽車動力系統(tǒng)中的各個組件進行分析。將汽車的各個子部系統(tǒng)之間的運行機理與熱管理系統(tǒng)中的溫度原則所匹配，從而給熱管理系統(tǒng)的流動特性以及功能性設(shè)計提供了相關(guān)設(shè)計依據(jù)。熱管理系統(tǒng)中的傳熱特性是根據(jù)汽車的電磁、換熱器以及冷卻風(fēng)扇等多種部件基礎(chǔ)之上的假想系統(tǒng)條件，根據(jù)熱管理系統(tǒng)的動力集成模型，使用傳熱學(xué)的理論計算方法，根據(jù)汽車的運行條件以及相關(guān)部件的溫度參數(shù)，從而進行流動特性分析。

3 汽車熱管理系統(tǒng)優(yōu)化集成

汽車的熱管理系統(tǒng)優(yōu)化處理就是通過針對汽車的動力系統(tǒng)各個方面進行設(shè)計優(yōu)化，其中包括了對汽車的控制以及硬件還有動力系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量等多個方面，對于燃料汽車發(fā)動機的相關(guān)系統(tǒng)進行多部件集成，成為一個高效的熱管理系統(tǒng)。在汽車運行過程中對于汽車的熱力傳遞以及流通特性進行多方面優(yōu)化，從而保障汽車能夠更加高效的運行，在一定程度上減少能源消耗。

那么對于汽車熱管理系統(tǒng)中通過對各部件的共享資源進行功能集成，減少系統(tǒng)組件的通風(fēng)處理，液體的冷卻回路，對于動力系統(tǒng)中的硬件設(shè)施應(yīng)該相應(yīng)的減少使用，增加功能性強的標準組件的使用，從而使得熱動力系統(tǒng)能夠滿足汽車運行時的多樣化需求，又可以解決潛在的安全隱患。其次就是對于汽車動力系統(tǒng)中的各個功能優(yōu)化。將功能進行調(diào)和參數(shù)調(diào)配，從而盡可能地減少能量的浪費，提升能源使用效率。最后就是對于熱管理的控制系統(tǒng)以及硬件的功能性優(yōu)化，對于汽車的系統(tǒng)各個設(shè)備，型號選取以及設(shè)備性能都直接對汽車的運行產(chǎn)生影響，因此汽車的系統(tǒng)設(shè)備選用要受到汽車動力系統(tǒng)中各個組件的適用條件制約，提升汽車的運行效率，熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化推進了汽車的能源可持續(xù)發(fā)展。

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with the development of society, environmental problems and energy problems become more and more prominent, so that we have to study new energy cars to adapt to today's social environment and technological changes, so various functional batteries have come into being. Because of its high efficiency, no emission pollution and low noise, fuel car is widely used in transportation in China as a new energy technology with hydrogen. This paper analyzes the related system contents of heat management in automotive power system and discusses the characteristics and optimization of heat management system.

automotive power; Heat management system; Optimization

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.10.061

U469.7

A

1672-9129(2017)10-0054-02