純電動重卡散熱問題及其系統設計方案研究

中圖分類號：U462 DOI：10.20042/j.cnki.1009-4903.2025.01.009

Research on Heat Dissipation Problemand System Design of Pure Electric Heavy-duty Truck

Abstract：Whenteelectricdrivesystemrunsforalongtimeathighspeed，itsinteralmotorcontrolerandothercompoentswil generatealotofheatduetocontinuouswork，ifthetrucklacksagoodcolingsystem，toomuchheatwillhaveanegativeimpacton thevehicle’spowerperformance，drivingrangeandsafety.Heavy-dutytruckoftenneedtocopewithheavyloadsandcomplexroad conditions，soeilectricdrivesystemswillavegherpoweandtqueoutputandwilloproducegreateriteallsssuring operation，resutinginmoreheat.Inrdertoavoideatdisipationproblemsafectingthestableoperationofpureeectrichavy dutytruck，thecompositionoftheheatdisipationsystemofpureelectricheavdutytruckandthechalengesitfaceswilledeeply analyzed，andsstemdesignshemessuchasamicatoadisribtionbasedontheraletworkmodelfuloicadaptive heatdssipationcontrolandwidetemperaturerangestablematerialparametersystemdesignwillbeproposed.Thisprovidestheoetical basisandtechnicalsupportforsolvingtheheatdisipationproblemofpureelectricheavyutytruck，andensuresitsdrivingsafety.

Keywords：Pureelectricheavy-dutytruck；Heatdisipationsystem；Systemdesign；Fuzzylogic；Widetemperaturerangematerial

0引言

重卡需承載重物，因此其動力系統必須能提供足夠的扭矩和功率以應對重載。純電動重卡通常采用大功率電動機作為動力源，這些電動機的功率密度較高。高功率密度意味著在有限的體積內集成了大量發熱元件，導致單位體積內熱量產生速率增加，散熱難度也隨之加大。為解決純電動重卡的散熱問題，合理設計散熱系統、增強散熱功效顯得尤為重要。

1純電動重卡散熱系統構成

純電動重卡的散熱系統主要由冷卻液循環系統、冷卻介質、風扇、電子水泵以及控制單元等部分組成。冷卻液循環系統是散熱系統的核心，其主要職責是吸收驅動電機等部件在運行過程中產生的熱量，并通過循環流動將這些熱量傳遞至散熱系統，最終由散熱系統將熱量散發到外部環境中。

冷卻液通常選用具有良好熱穩定性、化學穩定性和低腐蝕性的乙二醇水溶液。根據不同的工作溫度范圍，冷卻液的濃度會有所調整。作為冷卻液循環系統的重要組成部分，散熱系統的作用是增大熱量交換面積，從而提高散熱效率。

風扇在散熱系統中扮演著強制對流的角色，用于增強散熱系統的散熱效果。純電動重卡通常采用電子控制的無刷直流風扇，這種風扇具有調速范圍廣、效率高、噪聲低等優點1。

電子水泵是冷卻液循環系統的動力來源，其作用是驅動冷卻液在系統中循環流動。與傳統機械水泵相比，電子水泵具有更高的控制精度和可靠性。根據整車熱管理策略，電子水泵的轉速可以實時調整，以滿足不同工況下的散熱需求。

控制單元則是散熱系統的中樞神經，負責監控和管理整個散熱系統。它根據溫度傳感器采集的信號，結合整車熱管理策略，通過調整電子水泵、風扇等執行元件的工作狀態，實現對驅動電機等關鍵部件的溫度控制[2。

2純電動重卡的散熱難點

2.1高功率密度帶來的熱負荷增加

純電動重卡作為現代物流運輸領域的重要革新力量，其核心優勢在于通過電動化技術實現更高效、更環保的運輸方式。然而，在追求高性能與長續航的同時，高功率密度設計也給車輛的散熱系統帶來了更大負荷[3]。

為了提高純電重卡散熱系統的關鍵性能指標，設計者往往傾向于采用高功率密度的電機控制器。高功率密度意味著在有限的體積和重量內集成了更多的能量轉換與儲存單元，從而提升了系統的能量利用效率。但與此同時，這種設計也使得熱負荷顯著增加。因為在實際的能量轉換過程中，能量利用無法達到 100% 的效率，總會有一部分能量以熱能的形式損失掉。而重卡的散熱系統空間有限，熱量傳導和散發的效率也受到一定限制，損失的熱能容易在有限的空間中形成熱量積聚，進一步增加了熱負荷。

2.2高速行駛與重載條件下的散熱壓力

當純電動重卡以高速行駛時，相較于低速或靜止狀態，其遭遇的空氣動力學效應更為顯著。隨著車速的提升，車輛前部的氣流因車身設計的限制而進風量相應減少。這一現象對散熱系統的散熱效率產生了不利影響，因為散熱系統依賴于足夠的空氣流動來帶走積累的熱量?？諝饬髁康臏p少意味著散熱系統的熱交換能力受到限制，從而加劇了電機和電池組的熱負荷問題[4。此外，風阻的增大不僅降低了車輛的能源效率，還對散熱系統的能耗提出了更高要求。為了維持必要的散熱效果，散熱風扇需要以更高的轉速運行，這無疑增加了電力消耗。

2.3極端氣候條件下的適應性

在炎熱的夏季或熱帶地區，車輛長時間暴露在高溫環境下，電機及控制器等關鍵部件會產生大量熱量。散熱系統不僅需要有效排除這些熱量，防止部件過熱導致性能下降甚至故障，還需確保冷卻液不會因溫度過高而沸騰，從而避免冷卻系統失效。在高溫環境下，散熱系統的熱負荷顯著增加，這要求散熱介質具有更高的熱傳導效率和更強的熱穩定性。同時，散熱結構的設計也需更加精細，以最大化散熱面積并優化熱交換效率[5。

相比之下，低溫環境對散熱系統的挑戰則主要體現在冷卻液的物理特性變化上。在寒冷地區或冬季，純電動重卡的冷卻液容易結冰，這不僅會阻塞散熱管道，影響熱量的正常傳遞，還可能因冷卻液體積膨脹而損壞散熱系統部件。因此，散熱系統需具備良好的低溫適應性，以確保在低溫環境下也能正常運行。

3系統設計方案研究

3.1以熱網絡模型進行動態熱負荷分配

熱網絡模型是一種基于熱力學原理的系統建模方法，可用于描述散熱系統中各部件之間的熱傳遞關系。通過構建純電動重卡散熱系統的熱網絡模型，可以實現對系統中各部件熱負荷的動態分配。根據電機控制器和驅動電機的實時溫度和功率輸出，通過熱網絡模型計算出各部件的熱負荷，并據此調整散熱系統的散熱能力。

熱網絡模型涉及熱容量、熱阻、熱流率、溫度、功率等指標，熱流率表示為：

式中 O —一熱流率△T——溫差

R——熱阻

熱容量與熱流率的關系表示為：

Q=C?ΔT

式中 c ——熱容量

T—溫度變化

對于熱網絡中的每一個節點，表示如下：

式中 O_in 一流入節點的熱流率

Qout 一 流出節點的熱流率d7/dt——節點溫度隨時間的變化率

對于簡單的熱傳遞情況，熱阻表示為：

式中 k 一一材料的導熱系數

A ——熱傳遞的面積

L——熱傳遞的路徑長度

在實現動態熱負荷分配的過程中，基于純電重卡的散熱系統結構，構建熱網絡模型是關鍵步驟。該模型涉及電機控制器、驅動電機等核心部件的熱節點，以及連接這些熱節點的熱路徑。為了有效管理熱負荷，需實時監測各部件的溫度和功率輸出。針對每個部件，根據其功率輸出精確計算熱負荷，并依據熱網絡模型的綜合分析，靈活調整散熱系統的散熱能力，例如通過控制風扇轉速或調節冷卻液的流量來實現。

這種動態熱負荷分配策略能夠提升散熱系統的運行效率和整體可靠性，確保純電重卡在各種工況下都能保持穩定運行。在實現這一策略時，必須充分考慮散熱系統的熱容量和熱阻等關鍵參數對散熱效果的影響。此外，還需緊密結合車輛的實際運行工況和具體散熱需求，對熱網絡模型進行參數優化和驗證。

3.2基于模糊邏輯的自適應散熱控制設計

模糊邏輯是一種處理不確定性和非線性問題的有效方法。在純電動重卡散熱系統中，由于車輛工況的復雜性和散熱需求的多樣性，傳統的控制策略難以滿足要求。因此，可以通過模糊邏輯控制器對散熱系統的散熱能力進行實時調整。該模糊邏輯控制器以電機控制器和驅動電機的溫度、功率輸出，以及環境溫度等關鍵參數作為輸入變量?；谶@些輸入，控制器能夠智能地輸出散熱系統的散熱功率、風扇轉速等關鍵控制變量[7，從而滿足車輛在不同工況下的散熱需求。這種自適應散熱控制策略極大地提升了散熱系統的響應速度和適應能力，確保了車輛在各種極端條件下的穩定運行。

在實現這一基于模糊邏輯的自適應散熱控制時，需要設計合理的模糊規則和隸屬函數。同時，還需要對模糊邏輯控制器進行參數優化和實驗驗證，以確保其在實際應用中的有效性和可靠性。散熱系統散熱功率P的輸出表示為：

P=F_p（T_mc，T_m，P_out，T_env）

式中 T_mc 電機控制器溫度

T_m 一一驅動電機溫度

（204號 P_out -功率輸出

T_env -環境溫度

F_P （2 模糊邏輯控制器輸出的散熱功率函數。

風扇轉速 N 輸出表示為：

N=F_N（T_mc，T_m，P_out，T_enν）

式中 F_N ——模糊邏輯控制器輸出的風扇轉速函數，它決定了風扇應該以多快的速度旋轉以維持或改變散熱系統的散熱能力

所有影響散熱需求的參數作為輸入變量，首先經過模糊化處理，將精確的數值轉換為模糊集合的隸屬度。例如， T_mc 可以模糊化為“低溫”“中溫”和“高溫”的隸屬度。根據設計的模糊規則，系統會為每個輸入變量組合確定相應的輸出，即如果T_mc 為“低溫”，而 T_m 是“中溫”，那么散熱系統會自動被給予“低”的散熱要求，從而自動調整風扇轉速，減少不必要的電力消耗。

模糊邏輯的優勢在于它不需要過于精細的參數搜集，允許控制器使用這些自然語言描述的概念，使控制系統更加接近人類的思維和判斷過程。在大致確定影響因素的情況下，模糊邏輯即可調整散熱功率，從而適應不斷變化的環境條件。

由于純電重卡長期處于動態變化的行駛環境中，電機控制器溫度、驅動電機溫度、功率輸出等并不恒定，要精確采集數據值的難度較大，因此采用模糊邏輯來幫助重卡的散熱系統進行散熱效率調整，更能夠實現散熱系統的自適應控制。

為了保證輸出值的準確性，提高散熱系統對純電重卡行駛環境的自適應程度，可以進行去模糊化處理，以便提高輸出結果的精確性。去模糊化過程表示為：

紋產生，從而確保散熱系統在寒冷地區的可靠性和耐久性。

在熱導率方面，寬溫域穩定材料應具有較高的熱導率，通常應超過 150W/（m?K） ，以便能夠快速傳遞熱量，提高散熱效率。因為電動汽車的電池和電機在長時間運行或高負荷工況下會產生大量熱量，需要及時散熱以防止過熱損壞。因此，材料的熱導率越高，散熱效果越好。

此外，材料的熱膨脹系數應與散熱系統其他部件相匹配，以避免因熱脹冷縮導致的性能下降或損壞。同時，材料還應具有優異的耐腐蝕性，能夠抵抗散熱系統可能遇到的腐蝕性物質，如冷卻液中的鹽分等。這一特性有助于延長散熱系統的使用壽命，減少因腐蝕導致的維修和更換成本。

在實現寬溫域穩定材料的參數體系設計時，還需要綜合考慮材料的成本、加工性能以及與其他部件的兼容性等因素。同時，還需要對散熱系統的散熱性能進行仿真分析和實驗驗證，以確保其在實際應用中的有效性和可靠性。

4結束語

純電動重卡的散熱問題是制約其性能提升和廣泛應用的關鍵因素之一。本文基于這一背景，分析了純電動重卡散熱系統的構成及其面臨的挑戰，并提出了基于熱網絡模型的動態熱負荷分配、模糊邏輯自適應散熱控制以及寬溫域穩定材料參數體系設計等系統設計方案。這些方案旨在提高散熱系統的效率和可靠性，確保車輛在各種工況下的穩定運行。

式中 Yactual 實際輸出值

Y_i 一模糊集 B_i 的輸出值μB_i（γ_i）? ——輸出值 對模糊集 B_i 的隸屬度

3.3寬溫域穩定材料的參數設計

寬溫域穩定材料是指能夠在寬泛的溫度范圍內保持穩定性能的材料。在純電動重卡的散熱系統中，采用這類材料可以提高散熱系統的耐高溫和耐低溫性能，進而增強散熱系統的適應性和可靠性[8]

因此，可以針對寬溫域穩定材料的參數體系設計方法展開研究。首先，根據散熱系統的實際工作環境和散熱需求，明確材料的性能要求。接著，通過材料科學的研究方法，篩選出滿足這些性能要求的寬溫域穩定材料。對篩選出的材料進行性能測試和表征，以確定其熱導率、熱膨脹系數等關鍵參數。

寬溫域穩定材料必須在高溫下保持其物理和化學性能的穩定，不得出現熔化、變形或性能顯著下降的情況，以確保散熱系統在夏季高溫工況下能夠正常工作并高效散熱。同時，在低溫環境下，材料要保持足夠的韌性，防止因低溫脆化而導致裂

參考文獻

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