文章來源：東風(fēng)柳州汽車有限公司          
21世紀(jì)以來，人類面臨劇烈的氣候變化。由于全球二氧化碳排放和溫室氣體猛增，導(dǎo)致生命系統(tǒng)受到威脅，為此世界各國以全球協(xié)約的方式減排溫室氣體，我國也提出了2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和的目標(biāo)。在這樣的大背景下，我國政府和汽車行業(yè)相繼提出了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》和《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》，大力開發(fā)和推出更低能耗的混合動(dòng)力汽車。   

       
常見的混合動(dòng)力汽車構(gòu)型通常包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池、電機(jī)控制器、直流轉(zhuǎn)化器（DirectCurrenttoDirectCurrent,DCDC）和電動(dòng)空調(diào)等。這些關(guān)鍵零部件的發(fā)熱類型和需求差異較大，既有燃料燃燒化學(xué)產(chǎn)熱，又有電磁發(fā)熱，以及功率電子電流發(fā)熱等。為此混合動(dòng)力汽車的熱管理系統(tǒng)需要進(jìn)行多系統(tǒng)和多維度的開發(fā)及研究。     

     
胡天妹等對(duì)傳統(tǒng)燃油車和混合動(dòng)力汽車的熱管理系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，分析出混合動(dòng)力汽車熱管理關(guān)鍵技術(shù)及策略，并對(duì)整車熱管理性能優(yōu)化提出優(yōu)化建議。周翔等從滿足混合動(dòng)力各個(gè)硬件的熱管理需求出發(fā)，研究和分析了熱管理控制所需的硬件系統(tǒng)。盧山等結(jié)合V字型模式，對(duì)混合動(dòng)力整車熱管理控制策略進(jìn)行了開發(fā)，研究了算法設(shè)計(jì)、模型開發(fā)和測(cè)試等環(huán)節(jié)及內(nèi)容。          

易舒等和李壘等分別對(duì)混合動(dòng)力汽車的電機(jī)總成和動(dòng)力電池等分別開展熱管理分析和建模，研究發(fā)現(xiàn)了影響降溫和熱管理的關(guān)鍵因素，并提出了改善方法。     

     
董橋橋等基于一維仿真AMEsim平臺(tái)，結(jié)合US06工況，對(duì)混合動(dòng)力總成熱管理系統(tǒng)進(jìn)行分析和優(yōu)化，確定各動(dòng)力部件所需最佳溫度范圍。  

        
為進(jìn)一步研究和提高混合動(dòng)力熱管理系統(tǒng)性能，本文首先針對(duì)某混合動(dòng)力汽車，設(shè)計(jì)和開發(fā)了一套熱管理系統(tǒng)；其次結(jié)合三維進(jìn)氣流量模擬，提取得到了關(guān)鍵工況下各散熱單元的進(jìn)風(fēng)量，并基于一維分析平臺(tái)GTSUITE搭建了熱管理仿真模型；然后開展了混合動(dòng)力系統(tǒng)熱管理系統(tǒng)性能研究；最后結(jié)合風(fēng)扇性能和散熱單元布局優(yōu)化，達(dá)成熱管理性能目標(biāo)。       

   
1混合動(dòng)力汽車及熱管理系統(tǒng)          
某串并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車構(gòu)型及關(guān)鍵零部件如圖1所示，包含有發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元制器（GeneratorControlUnit,GCU）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器（MotorControlUnit,MCU）、動(dòng)力電池、電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem,BMS）、混動(dòng)控制器（HybridControlUnit,HCU）及直流電源轉(zhuǎn)化器等。          
         

         
其中整車、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能及基本參數(shù)如表1所示。發(fā)動(dòng)機(jī)的本體水溫目標(biāo)為115℃，發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器及進(jìn)氣中冷水溫目標(biāo)為70℃，電機(jī)控制器及直流電源轉(zhuǎn)換器DCDC水溫目標(biāo)為70℃，發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)油溫目標(biāo)為90℃。結(jié)合這些系統(tǒng)所需溫度目標(biāo)，本文設(shè)計(jì)的熱管理系統(tǒng)原理如圖2所示，其中油冷器同時(shí)為發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)本體進(jìn)行冷卻；中冷換熱器為發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器及進(jìn)氣進(jìn)行冷卻；低溫散熱單元為電機(jī)控制器及直流電源轉(zhuǎn)換器冷卻；高溫散熱單元為發(fā)動(dòng)機(jī)本體進(jìn)行冷卻。          

         
根據(jù)圖2混合動(dòng)力熱管系統(tǒng)原理，初步布置各散熱單元相對(duì)位置如圖3所示，從進(jìn)風(fēng)端到風(fēng)扇端，中間依次是中冷換熱器、低溫散熱器、高溫散熱器和油冷器。          

           
2仿真工況及模型和數(shù)據(jù)提取          
結(jié)合最為惡劣的環(huán)境和整車使用工況，本文設(shè)定的整車關(guān)鍵工況如表2所示。工況1為原地駐車充電工況，此時(shí)各散熱單元進(jìn)風(fēng)量最小；工況2為中等車速下串聯(lián)爬坡工況；工況3為高速行駛工況。          

         
在如表2所示工況下，通過運(yùn)用三維仿真軟件STARCCM+，經(jīng)過對(duì)整車幾何前處理、網(wǎng)格劃分、仿真參數(shù)設(shè)置、計(jì)算分析、后處理等，得到如圖4所示的整車機(jī)艙前端進(jìn)風(fēng)流場(chǎng)圖；并提取得到各散熱單元進(jìn)風(fēng)量結(jié)果如表3所示。          

         
根據(jù)圖2所示混合動(dòng)力熱管理架構(gòu)，通過運(yùn)用一維冷卻性能仿真平臺(tái)GTSUITE，搭建的混動(dòng)車型熱管理仿真模型包含發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、排氣系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)等，如圖5所示。          
3熱管理仿真及優(yōu)化          
結(jié)合熱管理仿真模型和工況參數(shù)，仿真計(jì)算得到的各散熱單元溫度結(jié)果如表4所示，其中在工況2下高溫散熱單元和油冷器溫度分別超過目標(biāo)溫度1.5℃和3.8℃，未達(dá)成開發(fā)目標(biāo)。          

           
因此，本文提出加大進(jìn)風(fēng)量和優(yōu)化散熱單元布局兩大優(yōu)化措施，即將原400W風(fēng)扇提升至600W風(fēng)扇，優(yōu)化風(fēng)扇后的進(jìn)風(fēng)量如表5所示，在工況2下，高溫散熱單元和油冷器的進(jìn)風(fēng)量相比原方案分別提升了9.37%和8.4%。優(yōu)化散熱單元后的布局如圖6所示。          

         
熱管理系統(tǒng)優(yōu)化后的仿真結(jié)果如表6所示，在整車關(guān)鍵三種工況下，各散熱單元的溫度都達(dá)成了目標(biāo)，如工況2下高溫散熱單元溫度從116.5℃降低至112.5℃，降低了4℃；油冷器從93.8℃降低至89.7℃，降低了4.1℃。          

         
4結(jié)論          
針對(duì)一款串并聯(lián)混動(dòng)汽車構(gòu)型，開發(fā)了一套混合動(dòng)力熱管理系統(tǒng)，開展了仿真建模和性能優(yōu)化研究：（1）采用三維和一維相結(jié)合的方式，提取和分析了各系統(tǒng)散熱單元在不同工況下的進(jìn)風(fēng)量，并搭建了熱管理仿真模型；          
（2）結(jié)合風(fēng)扇性能和散熱單元布局優(yōu)化，使得高溫散熱單元和油冷器溫度的降幅分別為4℃和4.1℃。          
通過上述仿真建模和優(yōu)化測(cè)試，有效降低各散熱單元的溫度，最終達(dá)成了開發(fā)目標(biāo)。          
         文章來源：時(shí)代周報(bào)