混動輕卡熱管理系統研究分析

關鍵詞：混動輕卡；發動機；扭矩點；散熱器；熱管理

中圖分類號：U461 DOI ：10.20042/j.cnki.1009-4903.2024.06.011

Research and Analysis of Thermal Management System for Light Truck Hybrid Vehicles

Abstract： According to market research， the 4.5-ton light truck hybrid model is prone to intermittent high temperature problems andengine high temperature alarms in some areas of the southwestern market during summer. After visiting customers， it was found thatthe area is mountainous with long lane slopes， with the longest uphill section reaching 25km. The vehicle is severely overloaded andworks under high torque and low-speed torque conditions when climbing long slopes. The engine compartment airflow is not smooth，and heat is generated when the air conditioning is turned on in summer， which increases the ambient temperature of the compartment.The low engine speed leads to low fan speed and low airflow， and the heat management system has a heavy heat dissipation burden，making the engine prone to high temperatures.

Key words： Light truck hybrid；Engine；Torque point；Radiator；Thermal management

0引言

混動輕卡融合了燃油發動機與電動機的優勢，旨在實現更高效的燃油效率和更低的排放。這一目標的實現，依托于在燃油車型基礎上進行的多項改造：更換為混動變速器，增加電池、電機及其控制系統、冷卻系統等組件，從而構建了一個油電混合雙擎動力系統。由于系統組件的增多，在原本就相對狹窄的空間內布置了更多系統，導致零部件密集、管路與線路密集交叉，進而帶來了散熱難題，對熱管理提出了更高要求。因此，在混動車型中，熱管理系統的合理設計對于整車的運行至關重要。熱管理需從整車系統的角度出發，綜合優化和控制整車傳熱系統，調節發動機、電機、電池以及駕駛室的熱量轉換。根據環境條件，自動調節各系統的工作環境，以確保達到最優的工作環境，從而實現性能優越、環保節能以及駕駛舒適的效果。

1研究方法

1.1混動車型熱管理系統的理論分析

與傳統的汽車冷卻系統相比，混動車型除了原有的發動機冷卻系統外，還額外增加了電機合成箱、PEU控制器、電池冷卻等模塊。為了滿足這些新增組件的冷卻需求，混動車型需要增加更多的冷卻模塊、水泵、三通水閥、換熱器以及管路等零部件。熱管理系統的原理如圖1所示。

揚程是單位質量液體經水泵后獲得的能量。在車輛工程中，水泵的揚程主要用于克服冷卻系統內的循環阻力。雖然可以借助流體力學的經驗公式對管路阻力進行估算，但由于車輛管路布置受限較多，管路錯綜復雜，陡直轉彎多，且在車架上裝配時上下起伏，因此理論數模與實際存在差異。為保證車輛行駛穩定，水泵揚程H的確定通常比理論計算值偏大，多參考市場車型選取或基于已有經驗進行試驗測試選擇。

現在市場上相關車型一般選用的水泵揚程在10m左右，性能穩定且安全可靠。根據公司現有配套體系內產品和經驗值，電機合成箱和PEU控制器冷卻系統的水泵揚程選擇額定揚程為12m（120kPa），額定流量≥25L/min；或揚程為10m（100kPa），最大流量≥48L/min的型號，以滿足需求。

1.4動力電池冷卻校核

電池廠家提供的電池基本參數需求如下：額定電量為15.4kWh，額定電壓為384V。加熱形式為內部自帶加熱，冷卻形式為液冷。冷卻功率需求為≥3kW，進口水溫需控制在≤25℃，流量需求為12L/min。

冷卻CHILLER（制冷機）的換熱量應≥3.5kW，這一數值大于電池所需的3kW冷卻功率，因此滿足設計要求。電池冷卻水泵為了統一設計，選用了與電機合成箱和PEU控制器冷卻循環水泵相同的規格型號，以確保滿足電池冷卻所需的揚程和流量。

2市場應用反饋

經過理論校核，散熱系統的散熱能力滿足各系統需求，但在實際工作過程中，各系統之間存在相互影響，加之工作空間狹窄，導致發動機艙氣流不暢，散熱效果不佳。在高溫、上長坡等極端工況下，長時間工作時容易出現高溫報警狀況。為解決這一問題，最佳方案是增加氣流量、提高散熱量并降低發動機溫度。結合實際工況，我們在現有車型上進行了調整：采用新款進氣格柵以增加進氣面積并減小進氣阻力；調整輪胎擋泥板結構以增大發動機艙的氣流通暢性；同時增加發動機散熱風扇的葉片數量，進一步增大氣流，提升散熱效果。經過這些調整后，客戶在后期使用中并未再出現高溫報警情況，成功解決了車輛在夏季高溫、長上坡、低速大扭矩工況下發動機高溫報警的問題。

3結論

通過對熱管理系統的理論研究，我們分析了影響整車熱管理系統的主要因素。針對市場反饋的問題，我們根據這些影響因素，并結合公司實際情況，選擇了合理的改進方案。通過試驗測試，我們確認了改進效果并提高了產品質量[6]。對混動車型熱管理的理論校核計算是混動車型設計開發、試驗檢驗的基礎，對各系統零部件的開發合理性起到了指導性作用。通過后期樣車試驗、市場驗證、問題優化整改以及理論數據參數的調整，為后期車輛熱管理的開發提供了重要的參考。這些工作促進了產品設計、制造和試驗手段的提高，使產品更加適應市場需求，滿足客戶的期望。