汽車動力熱管理系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化處理

袁立德

摘 要 隨著我國飛速的發(fā)展，各項(xiàng)新型技術(shù)的不斷創(chuàng)新與研發(fā)，燃料汽車在我國應(yīng)運(yùn)而生。燃料汽車由于其自身具備著高效能、無排放污染并且產(chǎn)生噪音小的諸多顯著特點(diǎn)，作為一種用氫氣帶動汽車運(yùn)行的新型能源技術(shù)，在我國的交通運(yùn)輸中廣泛使用。本文對汽車動力系統(tǒng)熱管理的相關(guān)系統(tǒng)內(nèi)容進(jìn)行分析，并對熱管理系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)化處理做出探討。研究成果對燃料汽車的動力熱管理系統(tǒng)發(fā)展具備理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 汽車動力；熱管理系統(tǒng)；優(yōu)化處理

中圖分類號 U4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）11-0087-01

燃料電池汽車在運(yùn)行過程中電力系統(tǒng)所提供的熱效率，往往相較于傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的熱效率，前者要高于后者。那么如果兩者的熱力系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱效率數(shù)值是相同的，燃料汽車的動力系統(tǒng)就要比傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的熱效率更加節(jié)能，由此可見，燃料汽車的動力熱管理系統(tǒng)是較為環(huán)保節(jié)能的[1]。雖然燃料汽車在運(yùn)行過程中，所產(chǎn)生的效率超于傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)，但是對于其排熱問題則較為復(fù)雜。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的發(fā)動機(jī)所造成的熱效率15%是依靠于發(fā)動機(jī)自身進(jìn)行排除的，40%是通過汽車的排氣管排出的，只有8%的熱量是通過散熱器進(jìn)行排出的。但是燃料汽車卻又所不同。燃料汽車電池發(fā)動機(jī)在理論上，產(chǎn)生的熱效率與散熱器的熱量排放都是41%，但是只有18%的熱量是通過汽車尾氣管進(jìn)行排放的。那么當(dāng)出現(xiàn)工況差勁的情況之下，燃料汽車的動力系統(tǒng)排熱效率往往只有35%，有且僅有3%的熱量經(jīng)由尾氣管進(jìn)行排放。由此可見，燃料發(fā)動機(jī)對于汽車運(yùn)行中的熱量排放遠(yuǎn)超于傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機(jī)。因此，對于燃料汽車的熱力排放系統(tǒng)設(shè)計就面臨了很大的挑戰(zhàn)。熱管理是從汽車的整體系統(tǒng)角度，對燃料以及電池的熱量傳遞過程進(jìn)行控制。從而成為高效的熱管理系統(tǒng)，對整個動力性能都實(shí)行改造。

1 汽車熱管理系統(tǒng)設(shè)計

燃料汽車的熱管理系統(tǒng)是基于汽車的整體動能角度，對動力系統(tǒng)以及汽車整體性能關(guān)系，對燃?xì)馄嚨母鱾€系統(tǒng)性能進(jìn)行集成，從而形成的一個有效的熱管理系統(tǒng)。

1.1 熱管理系統(tǒng)設(shè)計

由于燃料汽車的整個動力系統(tǒng)具備了多樣化的特性，關(guān)乎了汽車整體的各類儀器、部件與結(jié)構(gòu)，加之汽車自身運(yùn)行狀況的系統(tǒng)復(fù)雜性[2]，從而對于汽車在運(yùn)行過程中的各種要求都有所不同，其中包括對熱力的維持限度、產(chǎn)生熱力對溫度的改變速率、各個溫度之間的溫度差以及溫度的極限指標(biāo)等各項(xiàng)要求。熱管理系統(tǒng)的設(shè)計主要包含了多個方面的內(nèi)容，通過根據(jù)汽車的動力系統(tǒng)具體性能要求，以及汽車的運(yùn)行環(huán)境，從而在基礎(chǔ)的熱力性能研究基礎(chǔ)之上，采用熱力管理措施對系統(tǒng)性的內(nèi)外熱力傳遞過程進(jìn)行組織，對溫度進(jìn)行控制，從而均勻的散發(fā)動力系統(tǒng)的各部分溫度，控制恒溫。從而達(dá)到在不同季節(jié)、不同車用環(huán)境的條件之下，都能讓汽車的熱管理系統(tǒng)得以適用。

1）熱管理系統(tǒng)中對于汽車各組件溫度變化的范圍控制。熱管理系統(tǒng)中的燃料電池通常情況下在汽車運(yùn)行時的溫度范圍在60℃～85℃。其中的氫氣與空氣的溫度都不能超出該溫度范圍，因此要想達(dá)到這一要求，就需要對氣體進(jìn)行加濕，從而控制氣體溫度；2）將汽車運(yùn)行的各個部件的溫度進(jìn)行均勻控制，燃料電池以及蓄電池等對于溫度的要求控制基本等同，從而保障其工作時的性能。與此同時對于汽車的電力系統(tǒng)中各個組件的設(shè)計，以及對于通用型的考慮，每個部件的溫度控制范圍都會存在一定的溫度差；3）對溫度的極限數(shù)值進(jìn)行控制。汽車的動力系統(tǒng)中在運(yùn)行過程中由于各種組件的性能有所不同，因此在不同的溫度數(shù)值要求之下，對于溫度的控制也是有所不同的[3]。如果溫度數(shù)值的限制被突破，那么就會引發(fā)汽車產(chǎn)生安全事故。

1.2 熱管理系統(tǒng)流動與傳熱特性

汽車的熱管理系統(tǒng)中由于復(fù)雜性與熱力特性，以及汽車運(yùn)行時所處的外部環(huán)境等，各種動態(tài)的變換規(guī)律，對于汽車動力系統(tǒng)中的各個組件進(jìn)行分析。將汽車的各個子部系統(tǒng)之間的運(yùn)行機(jī)理與熱管理系統(tǒng)中的溫度原則所匹配，從而給熱管理系統(tǒng)的流動特性以及功能性設(shè)計提供了相關(guān)設(shè)計依據(jù)。熱管理系統(tǒng)中的傳熱特性是根據(jù)汽車的電磁、換熱器以及冷卻風(fēng)扇等多種部件基礎(chǔ)之上的假想系統(tǒng)條件，根據(jù)熱管理系統(tǒng)的動力集成模型，使用傳熱學(xué)的理論計算方法，根據(jù)汽車的運(yùn)行條件以及相關(guān)部件的溫度參數(shù)，從而進(jìn)行流動特性分析。我國針對此類研究曾做出汽車動力系統(tǒng)熱管理性能的仿真結(jié)果示意圖[4]（如圖1所示）。

2 汽車熱管理系統(tǒng)優(yōu)化集成

汽車的熱管理系統(tǒng)優(yōu)化處理就是通過針對汽車的動力系統(tǒng)各個方面進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，其中包括了對汽車的控制以及硬件還有動力系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量等多個方面，對于燃料汽車發(fā)動機(jī)的相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行多部件集成，成為一個高效的熱管理系統(tǒng)。在汽車運(yùn)行過程中對于汽車的熱力傳遞以及流通特性進(jìn)行多方面優(yōu)化，從而保障汽車能夠更加高效的運(yùn)行，在一定程度上減少能源消耗。

那么對于汽車熱管理系統(tǒng)中通過對各部件的共享資源進(jìn)行功能集成，減少系統(tǒng)組件的通風(fēng)處理，液體的冷卻回路，對于動力系統(tǒng)中的硬件設(shè)施應(yīng)該相應(yīng)的減少使用，增加功能性強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)組件的使用，從而使得熱動力系統(tǒng)能夠滿足汽車運(yùn)行時的多樣化需求，又可以解決潛在的安全隱患。其次就是對于汽車動力系統(tǒng)中的各個功能優(yōu)化。將功能進(jìn)行調(diào)和參數(shù)調(diào)配，從而盡可能地減少能量的浪費(fèi)，提升能源使用效率。最后就是對于熱管理的控制系統(tǒng)以及硬件的功能性優(yōu)化，對于汽車的系統(tǒng)各個設(shè)備，型號選取以及設(shè)備性能都直接對汽車的運(yùn)行產(chǎn)生影響，因此汽車的系統(tǒng)設(shè)備選用要受到汽車動力系統(tǒng)中各個組件的適用條件制約，提升汽車的運(yùn)行效率，熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化推進(jìn)了汽車的能源可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]王慧磊.電動汽車鋰動力電池組熱管理系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].哈爾濱：黑龍江大學(xué)，2012.

[2]梁昌杰，劉翰東.混合動力汽車用電源熱管理系統(tǒng)的CFD分析[J].客車技術(shù)與研究，2013，35（1）：5-8.

[3]周奕，王英，黃晨東.動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)及其設(shè)計流程介紹[J].上海汽車，2014（6）：7-10.

[4]樊春艷，任美林.燃料電池轎車動力系統(tǒng)熱管理設(shè)計與仿真驗(yàn)證[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2015（3）：23-26.