新能源商用車熱管理系統結構優化

1.新能源商用車發動機熱管理現狀分析

1.1系統結構組成

新能源商用車熱管理系統主要包括發動機冷卻回路、動力電池溫控回路、電機控制器散熱模塊以及空調熱泵系統。發動機冷卻部分核心采用電子水泵和電子節溫器，配合主散熱器、加熱器及輔助熱源，有效調節發動機溫度，實現熱平衡。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，防止高溫對運行產生不良影響?？照{熱泵系統不僅提升乘坐舒適度，同時還參與熱量的回收與再利用。各個子系統通過協調配合，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。過熱會降低系統效率、縮短使用壽命，目前冷卻系統容積與質量大，制冷量難以滿足需求[1]。

1.2.3熱管理系統控制與優化難度大

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在實際使用中還面臨諸多難題。

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

1.2.4無法進行系統級別的熱管理優化

電池性能高度依賴工作溫度，穩定的溫度有利于發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，僅依靠空調系統的間接制冷很難實現精確控溫，溫差可達15攝氏度。

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

2.系統結構優化設計

2.1構建分區冷卻網絡

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

分區管理優化了冷卻資源分配，減少無效循環，提升系統響應速度和溫控精度。該網絡系統可降低熱惰性，縮短溫度調節時間，提高熱管理的靈活性和適應性，增強了整車熱管理系統的能效和可靠性，系統拓撲結構如圖1所示，展示了多回路并聯與分區調度的設計。

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節能力，為發動機冷卻系統提供了更靈活且節能的流體輸送方案。相比傳統機械水泵，它能依據發動機負載和溫度實時調整節，避免冷卻液過度循環帶來的能耗浪費，提高系統運行效率。

熱控控制器與電子泵緊密配合，通過傳感器監測發動機核心部位及環境溫度，運用先進控制算法智能調節泵速，實現冷卻強度的動態優化。不僅能加快發動機升溫速度，也能維持穩定的工作溫度，確保冷卻系統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的響應時間，提升了發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，能夠將發動機產生的廢熱合理分配給車內空調系統和動力電池加熱系統，實現能源的循環利用，減少能源浪費。

具體的熱能利用路徑主要包括：發動機冷卻液通過熱交換器將熱量傳遞至PTC加熱器，支持空調系統內循環加熱功能，改善乘坐環境。發動機冷卻液通過專用熱交換器輸送熱量至動力電池，實現冬季預熱，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先級的動態調度，確保余熱利用平衡，顯著提升熱管理系統整體能量利用率與節能效果。

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性能的關鍵步驟?；趯I仿真平臺，構建了涵蓋發動機及多回路冷卻網絡的系統仿真模型。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的動態響應，能夠真實反映發動機在多種負載和工況下的熱管理行為。

通過對發動機負載波動的模擬，深入分析了冷卻系統的溫度響應速度和穩態溫控能力，識別出當前熱管理系統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，為后續優化設計提供理論依據。

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設計的效率。基于仿真結果，能夠有針對性地調整系統結構與控制參數，促進熱效率和系統穩定性的整體提升。

3.2關鍵指標對比

對比優化前后的熱管理系統性能，重點考察溫度控制精度、熱能回收效率、系統功耗以及低溫啟動性能等關鍵指標。優化后的系統在溫度穩定性方面具有明顯優勢，冷卻液溫度波動減小，系統響應速度加快，保證發動機溫度維持在最佳區間。

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

同時，優化后系統在功耗控制方面表現突出。智能電子泵和分區冷卻策略的協同作用降低了無效冷卻液流量，減少了整體能耗，提升了系統能效。

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

4.結束語

新能源商用車熱管理系統的優化不僅提升發動機效率，還顯著影響整車能耗與可靠性。優化方案通過分區冷卻網絡與智能電子泵協同控制，實現了系統響應速度和溫控精度的提升。仿真分析驗證了優化方案在溫度調節、能效及低溫啟動性能方面的有效性，顯著降低了冷卻系統能耗和熱惰性，為熱管理系統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設計與優化中的應用[J].南方農機，2024，55（09）：136-139.作者單位：廣西玉柴機器股份有限公司