新能源商用車熱管理系統(tǒng)結構優(yōu)化

1.新能源商用車發(fā)動機熱管理現(xiàn)狀分析

1.1系統(tǒng)結構組成

新能源商用車熱管理系統(tǒng)主要包括發(fā)動機冷卻回路、動力電池溫控回路、電機控制器散熱模塊以及空調(diào)熱泵系統(tǒng)。發(fā)動機冷卻部分核心采用電子水泵和電子節(jié)溫器，配合主散熱器、加熱器及輔助熱源，有效調(diào)節(jié)發(fā)動機溫度，實現(xiàn)熱平衡。動力電池通過液冷或風冷方式維持適宜溫度，保障電池性能與使用壽命。

電機控制器模塊針對電機及其電子元件進行散熱，防止高溫對運行產(chǎn)生不良影響?？照{(diào)熱泵系統(tǒng)不僅提升乘坐舒適度，同時還參與熱量的回收與再利用。各個子系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)配合，共同作用，確保整車在復雜工況下維持良好的熱管理效果和能源利用效率，從而提升整車整體性能和可靠性。

1.2主要存在問題

1.2.2驅動電機及變速器的高溫問題

電機最大輸出功率可達180kW，高負荷工況下溫升快。同時變速器齒輪傳動功率損失較大，油溫可達150攝氏度。過熱會降低系統(tǒng)效率、縮短使用壽命，目前冷卻系統(tǒng)容積與質量大，制冷量難以滿足需求[1]。

1.2.3熱管理系統(tǒng)控制與優(yōu)化難度大

1.2.1動力電池的溫控問題

當前新能源商用車熱管理系統(tǒng)在實際使用中還面臨諸多難題。

各子系統(tǒng)之間相互影響，參數(shù)設計與匹配較難。復雜的傳熱過程難以建立精確模型，控制策略優(yōu)化存在困難。

1.2.4無法進行系統(tǒng)級別的熱管理優(yōu)化

電池性能高度依賴工作溫度，穩(wěn)定的溫度有利于發(fā)揮最大功率和延長使用壽命。但電池龐大的體積導致蓄熱量大、熱響應慢，僅依靠空調(diào)系統(tǒng)的間接制冷很難實現(xiàn)精確控溫，溫差可達15攝氏度。

各子系統(tǒng)之間既有協(xié)同也存在競爭關系，整車層面上的優(yōu)化設計非常必要，但又面臨諸多約束條件，目前仍然存在系統(tǒng)分割、局部優(yōu)化的情況。

2.系統(tǒng)結構優(yōu)化設計

2.1構建分區(qū)冷卻網(wǎng)絡

為滿足發(fā)動機及關鍵部件在不同工況下的冷卻需求，構建集發(fā)動機、動力電池和電機于一體的電子集成冷卻網(wǎng)絡系統(tǒng)尤為重要。該網(wǎng)絡采用多路徑分區(qū)控制策略，通過劃分冷卻區(qū)域，實現(xiàn)對不同部件的個性化溫控管理。結合三通電子閥，系統(tǒng)能夠靈活切換冷卻液流向，實現(xiàn)各冷卻回路的獨立或聯(lián)動調(diào)節(jié)，滿足多工況下的動態(tài)冷卻需求。

分區(qū)管理優(yōu)化了冷卻資源分配，減少無效循環(huán)，提升系統(tǒng)響應速度和溫控精度。該網(wǎng)絡系統(tǒng)可降低熱惰性，縮短溫度調(diào)節(jié)時間，提高熱管理的靈活性和適應性，增強了整車熱管理系統(tǒng)的能效和可靠性，系統(tǒng)拓撲結構如圖1所示，展示了多回路并聯(lián)與分區(qū)調(diào)度的設計。

2.2引入智能電子泵與熱控控制器

智能電子泵憑借其變速調(diào)節(jié)能力，為發(fā)動機冷卻系統(tǒng)提供了更靈活且節(jié)能的流體輸送方案。相比傳統(tǒng)機械水泵，它能依據(jù)發(fā)動機負載和溫度實時調(diào)整節(jié)，避免冷卻液過度循環(huán)帶來的能耗浪費，提高系統(tǒng)運行效率。

熱控控制器與電子泵緊密配合，通過傳感器監(jiān)測發(fā)動機核心部位及環(huán)境溫度，運用先進控制算法智能調(diào)節(jié)泵速，實現(xiàn)冷卻強度的動態(tài)優(yōu)化。不僅能加快發(fā)動機升溫速度，也能維持穩(wěn)定的工作溫度，確保冷卻系統(tǒng)在多種工況下保持高效運行。

智能電子泵體積小巧，結構緊湊，有效減少機械磨損和維護頻率，降低整體維修成本。該技術顯著縮短了熱管理系統(tǒng)的響應時間，提升了發(fā)動機在復雜工況下的熱效率和可靠性，為新能源商用車的節(jié)能減排和動力性能提供了有力保障。

2.3提高熱能回收利用效率

發(fā)動機高溫冷卻液中的余熱回收是提升新能源商用車整體能效的關鍵技術之一。通過設計高效的余熱回收模塊，能夠將發(fā)動機產(chǎn)生的廢熱合理分配給車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)和動力電池加熱系統(tǒng)，實現(xiàn)能源的循環(huán)利用，減少能源浪費。

具體的熱能利用路徑主要包括：發(fā)動機冷卻液通過熱交換器將熱量傳遞至PTC加熱器，支持空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)加熱功能，改善乘坐環(huán)境。發(fā)動機冷卻液通過專用熱交換器輸送熱量至動力電池，實現(xiàn)冬季預熱，顯著提高電池的低溫啟動性能和充放電效率，保障車輛正常運行。

余熱回收縮短了發(fā)動機及電池升溫時間，降低啟動燃料消耗和排放。結合智能控制對熱源優(yōu)先級的動態(tài)調(diào)度，確保余熱利用平衡，顯著提升熱管理系統(tǒng)整體能量利用率與節(jié)能效果。

3.仿真分析與實測驗證

3.1仿真模型建立

建立高精度的仿真模型是提升熱管理系統(tǒng)性能的關鍵步驟。基于專業(yè)仿真平臺，構建了涵蓋發(fā)動機及多回路冷卻網(wǎng)絡的系統(tǒng)仿真模型。該模型不僅對冷卻液的流動特性進行了詳細模擬，還模擬了熱傳遞過程及控制系統(tǒng)的動態(tài)響應，能夠真實反映發(fā)動機在多種負載和工況下的熱管理行為。

通過對發(fā)動機負載波動的模擬，深入分析了冷卻系統(tǒng)的溫度響應速度和穩(wěn)態(tài)溫控能力，識別出當前熱管理系統(tǒng)在響應時滯和溫度控制精度方面存在的不足。該仿真平臺可驗證智能電子泵和電子閥等核心組件的控制策略，為后續(xù)優(yōu)化設計提供理論依據(jù)。

該仿真方法的應用有效減少了實際試驗的復雜性和資源消耗，顯著提升了熱管理系統(tǒng)設計的效率?；诜抡娼Y果，能夠有針對性地調(diào)整系統(tǒng)結構與控制參數(shù)，促進熱效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性的整體提升。

3.2關鍵指標對比

對比優(yōu)化前后的熱管理系統(tǒng)性能，重點考察溫度控制精度、熱能回收效率、系統(tǒng)功耗以及低溫啟動性能等關鍵指標。優(yōu)化后的系統(tǒng)在溫度穩(wěn)定性方面具有明顯優(yōu)勢，冷卻液溫度波動減小，系統(tǒng)響應速度加快，保證發(fā)動機溫度維持在最佳區(qū)間。

熱能回收效率得到提升。通過合理設計余熱回收模塊，有效利用發(fā)動機高溫冷卻液的廢熱，實現(xiàn)對車內(nèi)空調(diào)及動力電池加熱，促進熱能的循環(huán)利用，進一步提升整車能源利用率。

同時，優(yōu)化后系統(tǒng)在功耗控制方面表現(xiàn)突出。智能電子泵和分區(qū)冷卻策略的協(xié)同作用降低了無效冷卻液流量，減少了整體能耗，提升了系統(tǒng)能效。

在冬季低溫啟動工況下，系統(tǒng)預熱時間明顯縮短，提升了發(fā)動機及動力電池的啟動性能，優(yōu)化燃油經(jīng)濟性和排放。整體來看，結構與控制策略的協(xié)同優(yōu)化極大增強了熱管理系統(tǒng)的動態(tài)響應能力和運行效率。

4.結束語

新能源商用車熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化不僅提升發(fā)動機效率，還顯著影響整車能耗與可靠性。優(yōu)化方案通過分區(qū)冷卻網(wǎng)絡與智能電子泵協(xié)同控制，實現(xiàn)了系統(tǒng)響應速度和溫控精度的提升。仿真分析驗證了優(yōu)化方案在溫度調(diào)節(jié)、能效及低溫啟動性能方面的有效性，顯著降低了冷卻系統(tǒng)能耗和熱惰性，為熱管理系統(tǒng)的模塊化設計與智能控制提供了有力支持，對新能源商用車的高效運行具有重要意義。能

參考文獻：

[1]王紅。虛擬仿真在新能源汽車熱管理系統(tǒng)設計與優(yōu)化中的應用[J].南方農(nóng)機，2024，55（09）：136-139.作者單位：廣西玉柴機器股份有限公司