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主机厂的整车热管理工作流程和联合仿真分析

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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仿真圈

1年前浏览1834

一、导读

整车热管理根植于整车开发流程中，是一种综合性很强的工作，涉及整车布置、整车CAN网络通讯、热管理控制策略、空气动力学、传热学、动力经济性等方面，集理论与经验为一体。其工作内容的：

第一阶段可以描述成系统发热量与散热量平衡；

第二阶段可以描述为系统维持在一个安全性和舒适度较高的水平上；

第三阶段可以描述为系统维持在一个低能耗、高效率的水平上。

二、整车热管理各个系统的性能优化

整车热管理主要涉及发动机系统、电机系统、电池系统、空调系统；各个系统的稳定性依赖于零部件性能、系统能力匹配和系统控制策略。

整车热管理能使空调系统在满足乘员舒适度和除霜除雾要求的基础上，降低系统能耗；使发动机系统满足水温和油温平衡的基础上，提高发动机热效率，降低排放；使电机系统在满足安全水温要求前提下，满足整车的功率需求；使电池系统在满足安全工作温度的同时，延长电池的使用寿命；使受到发动机及其排气系统热辐射的零部件满足耐温限值。

整车热管理要协调整车开发阶段的任何一个矛盾。在概念设计阶段，要平衡系统性能目标与零部件性能之间的矛盾；在工艺设计阶段，要平衡零部件布置与整车造型之间的矛盾；在实车模型开发阶段，要平衡整车动力需求与舒适度要求之间的矛盾；在实车验证阶段，要平衡系统安全与系统能耗之间矛盾。每一个阶段的工作需要多种备选方案；通过仿真计算和实车验证来评估各种方案的优劣，最终确定量产数据。

整车热管理的重点在于系统零部件性能与系统匹配。例如空调系统，在乘员舱或者电池制冷需求确定后，压缩机的性能成为系统能耗和效率的关注重点，机械压缩机的传动比、压缩机在不同转速下的制冷量与功耗影响乘员舱降温效果与发动机有效功率输出；电动压缩机的排量和功率影响整车成本与续航里程；

而冷凝器的散热功率影响空调系统稳定性，冷凝器进风量和布置方式受到前格栅和前端模块设计方案的影响；而且在满足空调系统匹配能力的情况下，乘员舱的舒适度也会受到HVAC总成各个风口之间的温差和风量差的影响，也会受到乘员舱流场合理性的影响，也会受到人机布置的影响，如何平衡和规避这些问题点成为整车热管理众多系统中的难点。

整车热管理随着整车制造水平的提高，逐渐步入精细化发展的方向。例如水冷系统的水泵设计过程中关注重点逐渐增加，水泵的功耗、水泵的流量扬程曲线、管路特性曲线、水泵的振动、水泵补水管的设计位置、水泵进出口管路的相对高差、水泵距离水壶的高差（如图1）、水泵的串并联方式（图2）等都成为各部门考察的问题点；

图1水泵布置方式

图2水泵并联方式

对于单个水冷系统而言，还涉及到管路总长度、单节软管的长度、软管的弯曲半径、软管的保温隔热、管路走向、如何避免局部高点的气体聚集问题都是水冷系统不可避免的设计点。

整车热管理在概念设计状态的数据是否满足实车量产状态，还需要经过多次试验验证，每一次验证都涉及到众多部门之间的协同工作。例如热管理控制器（HMC）的控制策略需要经过多次测试标定，控制逻辑和控制参数都需要不断调整；压缩机制冷量不足时，可能需要在乘员舱舒适性和电池降温之间做出平衡，调整控制策略，优化制冷量的分配方案，同时与空调控制器（AC）协同调节内外循环策略及鼓风机转速，既能保证乘员舱降温需求，又能满足电池安全工作的温度要求。

整车热管理系统控制下的整车性能是否能满足用户需求，也需要经过道路测试和环境舱测。在既定工况下，检测其热平衡热害、空调采暖降温、除霜除雾性能；环境舱测试条件比较稳定，温度和湿度满足试验要求，但是运行费用较高，受区域位置限制，资源相对紧张；道路测试成本相对较低，但是受吐鲁番、海南三亚、黑河、新西兰等地的天气条件影响，试验状态并不稳定，对测试人员和设备的要求较高。实际按照项目进度，选择相应的测试方式。

整车热管理系统的复杂度根据整车性能要求而定，不同价位、不同用途的车侧重点不同，但是如果系统运行，整车热管理将成为第一责任者！

以下是笔者从事整车热管理的工作经验，供大家学习和参考。