中國汽研汽車風洞技術 

通過建立高性能的汽車熱管理系統，不僅可以有效提高燃油經濟性，降低排放，增加功率輸出和車輛承載能力，而且可以降低氣動阻力損失和汽車維護費用，提高汽車的可靠性和環境適應性。近年來，隨著新能源汽車的逐漸興起和發展壯大，如何在熱管理技術上實現與時俱進，已成為行業關注的熱點和難點問題。本期分享電動汽車熱管理性能開發中的幾個關鍵點。

冷卻系統的匹配和分析 

強電系冷卻系統匹配

對于純電動車，強電系主要包括驅動電機及其控制器、發電機(ISG/BSG)及其控制器、DC/DC、充電機等其中大部分采用水冷，且通常情況下布置在一個系統中，共用散熱器。重點考察性能包括：各電器部件水套水流量、散熱器水流量、水泵前壓力。

不同部件發熱量不盡相同，可以根據具體情況采用并聯或串聯的布置方式；對水溫的要求也存在一定差異，可用于確定上下游關系；但無論如何，必須通過一維仿真手段確定：a.水泵的選型是否合理；b.管路尺寸是否合理；c.各部件的布置關系和水流量分配是否合理。

某車型強電系一維分析模型和計算結果

強電系冷卻系統的布置與發動機冷卻系統類似。但由于電驅動系統遠不如發動機成熟，管路的布置往往沒有現成的參考，導致出現一些傳統汽車中不常遇到的問題，比如：a.由于部件空間布置改變，導致冷卻液加注困難；b.管路受壓力變形，導致流阻增加。

通過一維和三維相結合的方法，分析冷卻液加注過程和系統壓力分布，對空間布置和管路進行優化，保證冷卻系統的正常工作。

動力電池冷卻系統匹配

動力電池冷卻系統類型主要有以下幾種：

a.完全依靠電池包隔熱，無單獨冷卻系統，如日產Leaf、長安逸動EV、比亞迪秦、特斯拉等。

b.依靠內循環空氣流動系統提高電池單體間溫度均勻性。

c.直接利用乘員艙空調，通過引入乘員艙內冷空氣對電池組進行冷卻，再排出車外。豐田、本田早期多款混合動力車型均采用這一形式。

d.制冷循環額外設置一個輔助蒸發器支路，但仍通過引入乘員艙內冷空氣對電池組進行冷卻。屬于c類型的改進型。

e.設置額外水循環，利用制冷循環中的chiller或獨立PTC對水路進行冷卻/加熱，再用水路對電池組進風進行冷卻/加熱；美國CODA公司純電動汽車采用該方式。

f.電池包采用水冷方式，冷卻水利用chiller制冷和PTC加熱；通用Volt、大眾高爾夫EV、克萊斯勒最新PHEV采用這一方式。

g.增加獨立制冷循環，電池包本身采用制冷劑直接冷卻。

根據上述冷卻系統類型分析，除第a,b兩種類型以外，其余電池組的冷卻除電池包內部結構以外，均還包括外部冷卻循環結構。因此，一維分析是動力電池組冷卻系統匹配的必要手段。

電池組冷卻系統一維分析包括：

a.空氣回路模擬：確定電池包冷卻風風量及進風溫度需求、鼓風機性能、風道阻力目標等。

b.水路、制冷劑回路模擬，作用包括：水泵壓縮機的選型；熱交換器的性能參數制定；管路匹配；控制策略制定。

某車型電池組冷卻布置圖、一維仿真模型和計算結果

冷卻模塊匹配

電動汽車的前端冷卻模塊與傳統汽車不同，特別是對于同時具備電機和電池散熱器的情況，合理布置前端各換熱器是一項非常重要的工作。

通過三維流場分析得到冷卻模塊風速分布，作為一維分析的邊界條件，計算不同冷卻模塊空間布置組合下強電系和電池冷卻的效果，以及對空調系統的影響。下圖表示的是某車型不同冷卻模塊布置方式計算結果。

零部件內部結構分析優化

動力電池包

電池包熱管理系統方式選擇：通常來說，EV以電池包無冷卻并加強隔熱的方式為主，PHEV和部分EV采用水/制冷劑冷卻的方式，HEV主要采用風冷。

隔熱方式電池包瞬態溫度場分析：核心是分析充電-放電過程中電池單體溫度差異，以及單體溫度極限；對于PHEV車型，通常還要避免發動機排氣系統對電池包的影響。

風冷方式電池包穩態溫度場分析：核心是流場的均勻性，從而保證電池單體間溫度的均勻性；采用并聯風道是首選，而對于串聯風道的形式，則還需通過調節上下游的風速，保證上下游電池單體間的換熱系數，平衡空氣溫度不同的影響。

水/制冷劑直冷方式電池包瞬/穩態溫度場分析：水循環和制冷劑循環由于往往采用毛細結構，通常不存在冷卻介質的局部均勻性問題；但由于冷卻介質往往分布在電池的一側，冷卻效率及電池單體內部的溫度分布是重點考察對象。

電機、控制器等強電系部件

驅動電機和控制器的發熱量較大，一般采用水冷，具備與發動機類似的水套，需進行詳細流場和溫度場的分析，以保證冷卻效果。

充電機、以及DC/DC其他小電機部分采用風冷，但也需要詳細計算保證冷卻效果。

上述工作通常由零部件供應商完成，但如果零部件供應商能力不足，中國汽研在這方面也有很豐富的經驗。

電動空調系統匹配

采暖模式PTC的匹配

EV采暖熱源全部依靠PTC，因此足夠的功率以及水流量才能保證整車采暖和除霜滿足設計要求，但是EV對續駛里程的要求又決定了PTC的功耗不能過大；因此，精確的匹配分析是保證兩者之間達成平衡的關鍵。

開發過程中，首先通過對應傳統汽車的采暖試驗數據對HVAC和乘員艙模型進行標定，再對車采暖過程中水溫和乘員艙內部溫度進行分析，從而找出合適的功耗以及水流量需求。

中國汽研具備數十款車的采暖分析經驗，具備不同類型車輛乘員艙熱負荷數據庫，也具備多款車型PTC的匹配經驗。

電動壓縮機的匹配

EV電動壓縮機相對傳統汽車來說，由于壓縮機轉速可通過輸入電壓進行調節，其系統匹配的空間更大；壓縮機本身的制冷能力雖仍很重要，但是通過系統匹配可以更大程度的提高空調制冷效果。

中國汽研具備10多個車型的空調匹配和一維分析經驗，擁有一套完整的空調一維模型標定和計算流程；能夠對電動空調系統進行詳細壓力、溫度以及流量分析，保證電動壓縮機選型的合理性以及制冷性能滿足設計要求。

中國汽研汽車風洞中心性能開發團隊

中國汽研汽車風洞中心性能開發團隊致力于空氣動力學、氣動噪聲、熱管理、空調/乘員艙和零部件五大技術領域的性能開發，每個領域分別由一名主機廠工作經驗8年以上的資深工程師具體負責。

其中，熱管理領域負責電動汽車冷卻系統匹配，包括水路系統一維分析、前機艙流場三維分析等；零部件領域負責電機、電控等部件內部水套結構優化及機構溫度場分析，電池包冷卻結構流場優化以及電池單體內部溫度場分析；空調領域負責電動空調及PTC加熱系統匹配，包括制冷循環和暖通水路一維分析、乘員艙三維分析等；三個領域相互配合，共同完成電動汽車熱管理性能開發。