1.新能源商用車發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理現(xiàn)狀分析

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

新能源商用車熱管理系統(tǒng)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路、動(dòng)力電池溫控回路、電機(jī)控制器散熱模塊以及空調(diào)熱泵系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)溫度，實(shí)現(xiàn)熱平衡。動(dòng)力電池通過液冷或風(fēng)冷方式維持適宜溫度，保障電池性能與使用壽命。

電機(jī)控制器模塊針對(duì)電機(jī)及其電子元件進(jìn)行散熱，防止高溫對(duì)運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。空調(diào)熱泵系統(tǒng)不僅提升乘坐舒適度，同時(shí)還參與熱量的回收與再利用。各個(gè)子系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)配合，共同作用，確保整車在復(fù)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(qū)動(dòng)電機(jī)及變速器的高溫問題

電機(jī)最大輸出功率可達(dá)180kW，高負(fù)荷工況下溫升快。同時(shí)變速器齒輪傳動(dòng)功率損失較大，油溫可達(dá)150攝氏度。過熱會(huì)降低系統(tǒng)效率、縮短使用壽命，目前冷卻系統(tǒng)容積與質(zhì)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(dòng)力電池的溫控問題

當(dāng)前新能源商用車熱管理系統(tǒng)在實(shí)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(shè)計(jì)與匹配較難。復(fù)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(jìn)行系統(tǒng)級(jí)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(zhǎng)使用壽命。但電池龐大的體積導(dǎo)致蓄熱量大、熱響應(yīng)慢，僅依靠空調(diào)系統(tǒng)的間接制冷很難實(shí)現(xiàn)精確控溫，溫差可達(dá)15攝氏度。

各子系統(tǒng)之間既有協(xié)同也存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，整車層面上的優(yōu)化設(shè)計(jì)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?jī)?yōu)化的情況。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1構(gòu)建分區(qū)冷卻網(wǎng)絡(luò)

為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)及關(guān)鍵部件在不同工況下的冷卻需求，構(gòu)建集發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池和電機(jī)于一體的電子集成冷卻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)尤為重要。該網(wǎng)絡(luò)采用多路徑分區(qū)控制策略，通過劃分冷卻區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同部件的個(gè)性化溫控管理。結(jié)合三通電子閥，系統(tǒng)能夠靈活切換冷卻液流向，實(shí)現(xiàn)各冷卻回路的獨(dú)立或聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)，滿足多工況下的動(dòng)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(yīng)速度和溫控精度。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可降低熱惰性，縮短溫度調(diào)節(jié)時(shí)間，提高熱管理的靈活性和適應(yīng)性，增強(qiáng)了整車熱管理系統(tǒng)的能效和可靠性，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，展示了多回路并聯(lián)與分區(qū)調(diào)度的設(shè)計(jì)。

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(dòng)機(jī)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(jī)械水泵，它能依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和溫度實(shí)時(shí)調(diào)整節(jié)，避免冷卻液過度循環(huán)帶來的能耗浪費(fèi)，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

熱控控制器與電子泵緊密配合，通過傳感器監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)核心部位及環(huán)境溫度，運(yùn)用先進(jìn)控制算法智能調(diào)節(jié)泵速，實(shí)現(xiàn)冷卻強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。不僅能加快發(fā)動(dòng)機(jī)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(yùn)行。

智能電子泵體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，有效減少機(jī)械磨損和維護(hù)頻率，降低整體維修成本。該技術(shù)顯著縮短了熱管理系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)在復(fù)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(dòng)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(dòng)機(jī)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(guān)鍵技術(shù)之一。通過設(shè)計(jì)高效的余熱回收模塊，能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢熱合理分配給車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)和動(dòng)力電池加熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用，減少能源浪費(fèi)。

具體的熱能利用路徑主要包括：發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)冷卻液通過專用熱交換器輸送熱量至動(dòng)力電池，實(shí)現(xiàn)冬季預(yù)熱，顯著提高電池的低溫啟動(dòng)性能和充放電效率，保障車輛正常運(yùn)行。

余熱回收縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)及電池升溫時(shí)間，降低啟動(dòng)燃料消耗和排放。結(jié)合智能控制對(duì)熱源優(yōu)先級(jí)的動(dòng)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(shí)測(cè)驗(yàn)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(guān)鍵步驟?；趯I(yè)仿真平臺(tái)，構(gòu)建了涵蓋發(fā)動(dòng)機(jī)及多回路冷卻網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)仿真模型。該模型不僅對(duì)冷卻液的流動(dòng)特性進(jìn)行了詳細(xì)模擬，還模擬了熱傳遞過程及控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，能夠真實(shí)反映發(fā)動(dòng)機(jī)在多種負(fù)載和工況下的熱管理行為。

通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載波動(dòng)的模擬，深入分析了冷卻系統(tǒng)的溫度響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)溫控能力，識(shí)別出當(dāng)前熱管理系統(tǒng)在響應(yīng)時(shí)滯和溫度控制精度方面存在的不足。該仿真平臺(tái)可驗(yàn)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(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

該仿真方法的應(yīng)用有效減少了實(shí)際試驗(yàn)的復(fù)雜性和資源消耗，顯著提升了熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率?；诜抡娼Y(jié)果，能夠有針對(duì)性地調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制參數(shù)，促進(jìn)熱效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性的整體提升。

3.2關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比

對(duì)比優(yōu)化前后的熱管理系統(tǒng)性能，重點(diǎn)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(dòng)性能等關(guān)鍵指標(biāo)。優(yōu)化后的系統(tǒng)在溫度穩(wěn)定性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，冷卻液溫度波動(dòng)減小，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，保證發(fā)動(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)余熱回收模塊，有效利用發(fā)動(dòng)機(jī)高溫冷卻液的廢熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)車內(nèi)空調(diào)及動(dòng)力電池加熱，促進(jìn)熱能的循環(huán)利用，進(jìn)一步提升整車能源利用率。

同時(shí)，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(dòng)工況下，系統(tǒng)預(yù)熱時(shí)間明顯縮短，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)及動(dòng)力電池的啟動(dòng)性能，優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性和排放。整體來看，結(jié)構(gòu)與控制策略的協(xié)同優(yōu)化極大增強(qiáng)了熱管理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和運(yùn)行效率。

4.結(jié)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(dòng)機(jī)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(luò)與智能電子泵協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)響應(yīng)速度和溫控精度的提升。仿真分析驗(yàn)證了優(yōu)化方案在溫度調(diào)節(jié)、能效及低溫啟動(dòng)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(shè)計(jì)與智能控制提供了有力支持，對(duì)新能源商用車的高效運(yùn)行具有重要意義。能

參考文獻(xiàn)：

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