汽車動(dòng)力熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化處理

袁立德

摘 要 隨著我國(guó)飛速的發(fā)展，各項(xiàng)新型技術(shù)的不斷創(chuàng)新與研發(fā)，燃料汽車在我國(guó)應(yīng)運(yùn)而生。燃料汽車由于其自身具備著高效能、無(wú)排放污染并且產(chǎn)生噪音小的諸多顯著特點(diǎn)，作為一種用氫氣帶動(dòng)汽車運(yùn)行的新型能源技術(shù)，在我國(guó)的交通運(yùn)輸中廣泛使用。本文對(duì)汽車動(dòng)力系統(tǒng)熱管理的相關(guān)系統(tǒng)內(nèi)容進(jìn)行分析，并對(duì)熱管理系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)化處理做出探討。研究成果對(duì)燃料汽車的動(dòng)力熱管理系統(tǒng)發(fā)展具備理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 汽車動(dòng)力；熱管理系統(tǒng)；優(yōu)化處理

中圖分類號(hào) U4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）11-0087-01

燃料電池汽車在運(yùn)行過(guò)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(dòng)機(jī)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(dòng)力系統(tǒng)就要比傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱效率更加節(jié)能，由此可見(jiàn)，燃料汽車的動(dòng)力熱管理系統(tǒng)是較為環(huán)保節(jié)能的[1]。雖然燃料汽車在運(yùn)行過(guò)程中，所產(chǎn)生的效率超于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，但是對(duì)于其排熱問(wèn)題則較為復(fù)雜。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)所造成的熱效率15%是依靠于發(fā)動(dòng)機(jī)自身進(jìn)行排除的，40%是通過(guò)汽車的排氣管排出的，只有8%的熱量是通過(guò)散熱器進(jìn)行排出的。但是燃料汽車卻又所不同。燃料汽車電池發(fā)動(dòng)機(jī)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(guò)汽車尾氣管進(jìn)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(dòng)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(jìn)行排放。由此可見(jiàn)，燃料發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于汽車運(yùn)行中的熱量排放遠(yuǎn)超于傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，對(duì)于燃料汽車的熱力排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(duì)燃料以及電池的熱量傳遞過(guò)程進(jìn)行控制。從而成為高效的熱管理系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)動(dòng)力性能都實(shí)行改造。

1 汽車熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

燃料汽車的熱管理系統(tǒng)是基于汽車的整體動(dòng)能角度，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)以及汽車整體性能關(guān)系，對(duì)燃?xì)馄嚨母鱾€(gè)系統(tǒng)性能進(jìn)行集成，從而形成的一個(gè)有效的熱管理系統(tǒng)。

1.1 熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于燃料汽車的整個(gè)動(dòng)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(yùn)行狀況的系統(tǒng)復(fù)雜性[2]，從而對(duì)于汽車在運(yùn)行過(guò)程中的各種要求都有所不同，其中包括對(duì)熱力的維持限度、產(chǎn)生熱力對(duì)溫度的改變速率、各個(gè)溫度之間的溫度差以及溫度的極限指標(biāo)等各項(xiàng)要求。熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包含了多個(gè)方面的內(nèi)容，通過(guò)根據(jù)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)具體性能要求，以及汽車的運(yùn)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(duì)系統(tǒng)性的內(nèi)外熱力傳遞過(guò)程進(jìn)行組織，對(duì)溫度進(jìn)行控制，從而均勻的散發(fā)動(dòng)力系統(tǒng)的各部分溫度，控制恒溫。從而達(dá)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(duì)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(yùn)行時(shí)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(dá)到這一要求，就需要對(duì)氣體進(jìn)行加濕，從而控制氣體溫度；2）將汽車運(yùn)行的各個(gè)部件的溫度進(jìn)行均勻控制，燃料電池以及蓄電池等對(duì)于溫度的要求控制基本等同，從而保障其工作時(shí)的性能。與此同時(shí)對(duì)于汽車的電力系統(tǒng)中各個(gè)組件的設(shè)計(jì)，以及對(duì)于通用型的考慮，每個(gè)部件的溫度控制范圍都會(huì)存在一定的溫度差；3）對(duì)溫度的極限數(shù)值進(jìn)行控制。汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中在運(yùn)行過(guò)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(duì)于溫度的控制也是有所不同的[3]。如果溫度數(shù)值的限制被突破，那么就會(huì)引發(fā)汽車產(chǎn)生安全事故。

1.2 熱管理系統(tǒng)流動(dòng)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(yùn)行時(shí)所處的外部環(huán)境等，各種動(dòng)態(tài)的變換規(guī)律，對(duì)于汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的各個(gè)組件進(jìn)行分析。將汽車的各個(gè)子部系統(tǒng)之間的運(yùn)行機(jī)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(dòng)特性以及功能性設(shè)計(jì)提供了相關(guān)設(shè)計(jì)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(dòng)力集成模型，使用傳熱學(xué)的理論計(jì)算方法，根據(jù)汽車的運(yùn)行條件以及相關(guān)部件的溫度參數(shù)，從而進(jìn)行流動(dòng)特性分析。我國(guó)針對(duì)此類研究曾做出汽車動(dòng)力系統(tǒng)熱管理性能的仿真結(jié)果示意圖[4]（如圖1所示）。

2 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(guò)針對(duì)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)各個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，其中包括了對(duì)汽車的控制以及硬件還有動(dòng)力系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量等多個(gè)方面，對(duì)于燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行多部件集成，成為一個(gè)高效的熱管理系統(tǒng)。在汽車運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于汽車的熱力傳遞以及流通特性進(jìn)行多方面優(yōu)化，從而保障汽車能夠更加高效的運(yùn)行，在一定程度上減少能源消耗。

那么對(duì)于汽車熱管理系統(tǒng)中通過(guò)對(duì)各部件的共享資源進(jìn)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(duì)于動(dòng)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(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)組件的使用，從而使得熱動(dòng)力系統(tǒng)能夠滿足汽車運(yùn)行時(shí)的多樣化需求，又可以解決潛在的安全隱患。其次就是對(duì)于汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的各個(gè)功能優(yōu)化。將功能進(jìn)行調(diào)和參數(shù)調(diào)配，從而盡可能地減少能量的浪費(fèi)，提升能源使用效率。最后就是對(duì)于熱管理的控制系統(tǒng)以及硬件的功能性優(yōu)化，對(duì)于汽車的系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備，型號(hào)選取以及設(shè)備性能都直接對(duì)汽車的運(yùn)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(dòng)力系統(tǒng)中各個(gè)組件的適用條件制約，提升汽車的運(yùn)行效率，熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化推進(jìn)了汽車的能源可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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