东风汽车王伟民博士：虚拟仿真助力高性能、低成本的新能源车热管理系统开发

王总的报告主要分为三大部分：整车热管理技术的发展背景、整车热管理技术的“四化”进展、整车热管理技术的未来创新策略。

在第一部分整车热管理技术的发展背景中，王总简要阐述了国家“碳中和、碳达峰”的宏观政策是促使大力发展新能源汽车、用新技术来解决双碳问题的源动力，整车高低温环境下的节能、减排、安全、环保是整车热管理新技术中的核心课题，主要体现在整车高低温的续航、性能、油耗和补能四个主要指标。

另外一个背景就是《蒙特利尔议定书》下的制冷剂法规：国家将在2030年禁止使用R134a的第三代制冷剂。因此，研究以R290、二氧化碳或者R744等为主要替代制冷剂在整车热管理中的应用，升级R134a的直冷直热、液冷液热系统为新冷媒的制冷剂系统，是当前新能源汽车热管理系统开发工作的另外一个重要部分。

从用户体验的角度出发，高低温续航里程的衰减和高低温快充时间的增长为主的高低温环境适应性、动力总成的热安全以及成员舱的冷热舒适性等问题，是当前新能源汽车热管理开发业界的重大难题和挑战。

同时，新能源汽车热管理系统实际上也覆盖了传统燃油车、混合动力车以及纯电动车在内的各种车型的整车热管理系统，通过配置不同的核心零部件和尺寸差异化，在确保整车热管理性能达标的基础上，构建高继承性、高拓展性的整车热管理回路系统。

新能源车热管理系统主要针对成员舱、动力电池和驱动系统三大对象，采用制冷剂和冷却液两种工作介质、通过PTC加热、电机低效以及热泵制热回路、空调制冷回路、电池热管理回路、电驱冷却回路和发动机冷却回路五大回路以及自动空调控制系统和热管理控制系统两大控制系统，来实现整车热管理功能并且达成整车热管理性能。

基于以上背景和要求，当下的新能源车热管理技术需要从绿色高效化、功能性能综合化、集成模块化和控制智能化四个方向去努力开创。王总从这四个方向，详细阐述了东风汽车所做的探索和努力。

绿色高效化：基于环保制冷剂法规加严新形势下，目前行业形成了以R744和R290为主的两条技术路线，但最终选择尚不明确，所以都在同步布局进行技术积累：R744系统技术逐步成熟，但产业链和成本还有挑战；R290的预研工作也正在展开。

其次，高低温高效能量管理工作是实现绿色高效化的重要部分，也是作为主机厂的东风新能源平台热管理工作的核心内容：从流程上，东风汽车基于高低温续航能量流分析，结合仿真和实验优化来提升高低温续航里程；从工具和方法上，东风汽车采用GT-SUITE软件，搭建新能源车的整车驱动模型、电池模型、电驱模型、座舱模型、热管理系统一维模型以及控制模型进行集成仿真，快速预测和优化高低温续快充时间和续航里程。

           图1：东风汽车基于GT软件的高低温能量流仿真分析        

针对低温续航，从整车放电量、驱动系统、高压附件以及低压附件四个系统进行功耗优化，最终低温续航衰减率达到了35%。针对高温续航，从电池保温和隔热玻璃、整车气密性、低压附件、室外换热器散热能力四个方向进行攻关，最终高温续航衰减降到了17%以下。

功能性能综合化：从热管理原理图的进化和演变角度出发，王总详细介绍了从单一的成员舱加热冷却，到电池回路的并联制冷，再到电机余热利用，再到多源热泵空调，最终发展到多功能模式的全集成式热管理系统，通过整车热管理功能模式和整车热管理目标体系的双向耦合，实现30+的典型整车功能模式基础上的热安全、冷热舒适性和高低温续航、快充等性能的综合平衡。

集成模块化：因为当前的新能源车热管理动力舱空间紧张，管路繁多，结构复杂，所以集成式热管理系统应运而生。东风汽车自研的液冷液热集成模块针对多通水阀设计、将阀类、板换、水泵、水壶进行集成，精简系统主要包括HVAC模块、前端模块、压缩机、PTC以及部分管路，零部件集成化度达到80％，并通过集成模块设计、1D&3D仿真优化、台架和整车标定验证等工作，完成集成模块的全流程正向开发，最终成功投入量产。

控制智能化：控制智能化包括热害控制、远程控制、控制算法和能量管理。热害控制方面，针对快速充电过程中可能出现的失控情况，及时启动空调系统，配合电池温控系统快速降温，并实时监测电池老化状况。远程控制则涉及车辆报警等功能。控制算法采用PID反馈控制、模型预测控制、5G技术和自学习技术，综合考虑用户需求等因素。能量管理则运用先进的算法和控制策略，在不增加系统成本的基础上，智能节省高低温能耗，实现按需供给的精细化管理，动态调整系统工作状态，根据车辆行驶状态和外部环境等条件，精细控制空调系统的能耗。 

在最后一部分的整车热管理技术的未来创新策略介绍中，王总指出，东风汽车将会在绿色高效化、功能性能综合化、集成模块化和控制智能化的“四化”深度进化的基础上，严控整车热管理系统的成本，掌握热管理集成开发、数字化仿真和智能温控系统等核心技术，最终实现新能源汽车整车热管理系统的绿色高效化、功能性能综合化、集成模块化和控制智能化。

同时，王总也强调：随着新能源热管理系统方案的层出不穷，需要整车厂跟核心零部件供应商紧密合作，紧跟时代潮流，响应新能源用户的需求，才能实现新能源整车热管理技术的持续发展。

值得一提的是，作为艾迪捷的老朋友和GT软件的老用户，王总在2年前作为主编，参与了《GT-SUITE整车能量管理仿真分析与案例解析》一书的写作，发现GT软件自带案例中的一个不常见的EV热泵型整车热管理系统：小制冷剂回路、大冷却回路。因为新制冷剂法规的要求，这个案例的热管理系统拓扑结构可以应用到基于R290制冷剂的整车热管理系统，已经逐渐被行业所接受，相信将来会普及实现量产。最后，王总也大胆地预测：这种热管理系统将会在未来几年内为业界所竞相效仿并逐渐成为整车热管理行业主流技术。

这一案例生动地诠释了仿真技术在热管理开发中的先行作用，也说明GT软件在一定程度上能反映和引领整车热管理仿真领域的行业的前瞻趋势。

在报告的最后，回顾《GT-SUITE整车能量管理仿真分析与案例解析》一书的漫漫编创历程，王总深情地表示：通过自己近二十年的仿真工作体验，深刻体会到虚拟仿真可以极大地促进技术创新，GT-SUITE是工程师进行整车热管理系统仿真非常好的工具软件。在产品开发前期，可以先用仿真来探索整车热管理系统设计思路和理念，为后面的产品开发流程奠定基础，然后从产品设计角度、控制角度和标定角度去开展各方面的详细开发工作。东风汽车也是充分利用GT-SUITE软件，建立了整车热管理系统V字型开发流程，提高构架内各车型的热管理集成模块和热管理回路的通用和继承性，从而降低开发难度，缩短开发周期，减少零部件和系统开发的成本，努力为广大用户开发出性能又高、成本又低的好产品。”