汽车冷却系统设计介绍

Study整车驱动冷却系统集成

2017-12-22LOGOStudy2

传统动力总成冷却系统集成

•动力总成冷却系统输入要求

•发动机散热需求分析

•变速箱散热需求分析

•涡轮增压器散热需求分析

•动力总成冷却系统设计工况定义

•动力总成冷却系统负荷计算

•动力总成冷却系统回路设计

•动力总成冷却系统控制

内容

LOGOStudy3

新型热管理系统

•

新型热管理系统背景和特点

•

载荷新型热管理系统的回路设计

•

新型热管理系统的控制

•

新型热管理系统的诊断需求

内容

LOGOStudy4

混合动力车冷却系统集成

● 混合动力车冷却系统特点

● 混合动力车驱动电机散热需求

● 混合动力车电池冷却回路散热需求

● 混合动力车电子模块冷却回路散热需求

● 混合动力车工况定义

● 混合动力车冷却系统的负荷计算

● 混合动力车冷却回路设计

内容

LOGOStudy5

纯电动车冷却系统集成

● 纯电动车冷却系统特点

● 纯电动车冷却系统负荷计算

● 纯电动车工况定义

● 混合动力车冷却回路设计范例

内容

LOGOStudy6

传统动力总成冷却系统集成

新型热管理系统

混合动力车冷却系统集成

纯电动车冷却系统集成

内容

LOGOStudy7

传统动力总成冷却系统集成

•动力总成冷却系统输入要求

•发动机散热需求分析

•变速箱散热需求分析

•涡轮增压器散热需求分析

•动力总成冷却系统设计工况定义

•动力总成冷却系统负荷计算

•动力总成冷却系统回路设计

•动力总成冷却系统控制

内容

LOGOStudy8冷却系统能量平衡

动力总成系统和空调系统散热

热量散入环境

整车性能要求（Cd）

动力总成冷却系统要求

换热器+前端风量

冷却液，制冷剂，润滑油

前端风量

产生热量

带走热量

平衡

LOGOStudy9传统动力总成冷却系统集成

性能

空间尺寸匹配

重量

成本

质量

集成的核心：平衡

CoolingPerformanceMassCostPackageWarrantyCdElectricPowerBalancewithCost，Package，Quality，Mass，Cd,Safety,Elec.Powerbudget,Studio…LOGOStudy10传统动力总成冷却系统集成

项目输入

动力总成

车型区间：A/B/C,Van…

销售市场：国内/中东/东南亚/印度/墨西哥/澳大利亚/欧洲？

竞争车型

产地

销量

成本

。。。

LOGOStudy11传统动力总成冷却系统集成

动力总成

发动机系列？排量？最大功率？PFIorSIDI? --水箱大小

涡轮增压？水冷or风冷？

--中冷系统

手动、DCT、自动变速箱？

--油冷系统

车型区间和载荷

A/B/C,VanTrailer…

销售市场：国内/中东/东南亚/印度/墨西哥

/澳大利亚/欧洲？

不同考核工况，尤其热区特殊要求

项目输入

工程语言

LOGOStudy12传统动力总成冷却系统集成

竞争车型

Mass比较

Cost比较

Package比较

产地

供应商数量、生产地规划 模具和物流成本平衡

销量

模具核算 冷却模块Matrix优化（平衡销量过低的配置？）

成本：

系统成本分解

零部件成本核算

项目输入

工程语言

LOGOStudy13

传统动力总成冷却系统集成

•动力总成冷却系统输入要求

•发动机散热需求分析

•变速箱散热需求分析

•涡轮增压器散热需求分析

•动力总成冷却系统设计工况定义

•动力总成冷却系统负荷计算

•动力总成冷却系统回路设计

•动力总成冷却系统控制

内容

LOGOStudy14传统动力总成冷却系统集成

发动机散热

燃烧室

化学能转化

环境

冷却液

本体

润滑

热能

机械功

•附件损失

车轮

进气

燃油

排气

LOGOStudy15传统动力总成冷却系统集成

燃油热能FuelEnergy空气阻力AerodynamicDrag惯性Inertia传动Transmission附件Accessories泵Pumping摩擦Friction滚动阻力RollingResistance冷却散热

Cooling排气散热

ExhaustHeat车辆损失

VehicleLosses有效功BrakePower指示功

IndicatedPowerLOGOStudy16传统动力总成冷却系统集成

发动机输入

•功率

•冷却液散热量

•水泵流量特性及冷却液流量

•水温限值（持续，短暂，极端）

•发动机油散热量（Opt：大多和集成在发动机上）

•发动机油流量（Opt：大多和集成在发动机上）

•发动机油温限值

•节温器特性

LOGOStudy17传统动力总成冷却系统集成

发动机转速

发动机负荷

扭矩

功率

冷却液进水温度

冷却液出水温度

冷却液流量

增压器出口温度

中冷器后温度

空气流量

1000 100.00%

2000 100.00%

3000 100.00%

4000 100.00%

5000 100.00%

5500 100.00%

6000 100.00%

1000 90.00%

2000 90.00%

3000 90.00%

4000 90.00%

5000 90.00%

…… ……

PFI：PortFuelInjectionSIDI:SparkIgnitionDirectInjectionTurboIEMEGRLOGOStudy18传统动力总成冷却系统集成

发动机散热量数据无量纲化分析处理

最大功率

行驶功率

散热

发动机转速

节气门开度

LOGOStudy19传统动力总成冷却系统集成

无量纲化处理的优点

•通过建立数据库，总结参数规律，对不同发动机散热需求进行评估。

•早期缺乏发动机数据的情况下，尤其是发动机和整车同步开发的项目，根据发动机类型、配置及名义功率，对发动机可能的散热需求进行早期评估，确定冷却模块框架尺寸，指导初期项目开发。

•实际操作中可考虑分段拟合

LOGOStudy20传统动力总成冷却系统集成

无量纲化处理的缺点

•没有考虑相同功率下，发动机不同转速下的发动机效率不同，从而散热量不同

•没有发动机转速，无法确定水泵流量

•数据点散差较大，处理复杂，工程师需要具有一定整车开发经验

•后期信息完备后需要进一步校核

同一发动机，相同功率下，散热相同？

同一发动机，相同功率下，效率相同？

同一发动机，相同功率下，油耗相同？

同一发动机，同一辆车，不同档位，油耗相同？

LOGOStudy21传统动力总成冷却系统集成

发动机水流量

•发动机水流量可近似认为和发动转速是线性关系

•注意大小循环影响

•可以通过台架实验或者模拟获取

•为减小附件损失，水泵选型趋向减小，相同功率不同转速下的水流量可能成为瓶颈，但增加某些特征会导致水泵能力提升，如IEM、EGR等

•1L/KW侧传统选型原则，大排量过设计，

小排量不足，可通过Benchmark、模拟

及台架确认

LOGOStudy22

传统动力总成冷却系统集成

•动力总成冷却系统输入要求

•发动机散热需求分析

•变速箱散热需求分析

•涡轮增压器散热需求分析

•动力总成冷却系统设计工况定义

•动力总成冷却系统负荷计算

•动力总成冷却系统回路设计

•动力总成冷却系统控制

内容

LOGOStudy23传统动力总成冷却系统集成

变速箱输入

•变速箱类型

•各档速比

•液力变矩器效率

•换挡策略

•变速箱油流量

•变速箱油温限值

•油冷系统压降

LOGOStudy24传统动力总成冷却系统集成

变速箱散热量

•PumpLoss：规定油温下，和油泵转速和油压相关

•SpinLoss：规定油温下，和Turbine转速、油压、档位相关

•TCC：和液力变矩器特性有关，受变速箱标定策略影响极大。

通常选型主要考虑TCCLock情况，滑擦作为瞬态考虑。后期开发

时要和TCM标定工程师紧密联系

LOGOStudy25传统动力总成冷却系统集成

变速箱散热量：SpinLoss&PumpLoss

TempC

TurbineSpeedRPM

LinePressurekPa

PumpLossNm

TempC

TurbineSpeedRPM

LinePressurekPa

1stGearNm

2ndGearNm

3rdGearNm

4thGearNm

5thGearNm

LOGOStudy26传统动力总成冷却系统集成

Flow(L/min)RPMTemp1Temp2

变速箱油流量

WTOC放在水箱出水侧

LOGOStudy27传统动力总成冷却系统集成

FlowPressureDrop

系统压降Vs.流量

•变速箱油冷在指定工况下的压降，是保障油冷的必要条件。

•对于既有WTOC，又有ATOC的串联系统，压降非常重要。

•对有ATOC的系统，推荐使用TVB阀

LOGOStudy28

传统动力总成冷却系统集成

•动力总成冷却系统输入要求

•发动机散热需求分析

•变速箱散热需求分析

•涡轮增压器散热需求分析

•动力总成冷却系统设计工况定义

•动力总成冷却系统负荷计算

•动力总成冷却系统回路设计

•动力总成冷却系统控制

内容

LOGOStudy29传统动力总成冷却系统集成

涡轮增压器散热

•中冷系统的作用：当空气进入涡轮增压后

其温度会大幅升高，密度也相应变小，

中冷器冷却高温空气，保证进气量，

防止因空气温度过高导致发动机爆震。

LOGOStudy30传统动力总成冷却系统集成

涡轮增压器散热

•风冷式中冷系统：有成本优势。缺点是

扭矩反应迟滞。由于风冷式中冷器需要

布置在前端，依靠前端风量进行冷却，

因此冷却管道长，内容积大，系统压降

大，导致踩油门和车辆加速存在时间差，

影响驾驶体验。

•FullFace的中冷器压降更加明显。

通常轿车Brick形式中冷器压降

约6~8Kpa,FullFace形式中冷器

压降可达到12~20KpaLOGOStudy31传统动力总成冷却系统集成

涡轮增压器散热

•水冷式中冷系统：间接冷却，成本高，增加低温水箱，水泵，冷却水路。

•中冷器水冷，无需迎面风，因此可以尽可能缩短进气路径，甚至集成在进气歧管中，从而有效改善扭矩迟滞现象

•水冷中冷系统的冷却泵通常由ECM

控制，和排放相关，需要满足国6 OBD诊断要求。

LOGOStudy32传统动力总成冷却系统集成

工况

环境温度

中冷器进口温度

进气流量

换热量需求

中冷器出口温度要求

中冷系统压降要求

通风量需求

最大功率

低速爬坡

涡轮增压器散热

•中冷系统通常按发动机最大功率点进行设计（考虑限功率），校核低速爬坡工况下的风量情况，其他工况下，仅需要考虑可能对水箱等带来的负荷。

工况

环境温度

进水温度

进水流量

换热量需求

出口水温要求

冷却液压降要求

通风量需求

最大功率

低速爬坡

LOGOStudy33

传统动力总成冷却系统集成

•动力总成冷却系统输入要求

•发动机散热需求分析

•变速箱散热需求分析

•涡轮增压器散热需求分析

•动力总成冷却系统设计工况定义

•动力总成冷却系统负荷计算

•动力总成冷却系统回路设计

•动力总成冷却系统控制

内容

LOGOStudy34传统动力总成冷却系统集成

工况定义源于销售区域的客户需求

•温度：关键因素

•湿度：次要因素，通过冷凝器负荷影响前端散热，通过压缩机负荷影响发动机工作（不显著）

•坡度：关键因素

•车速：关键因素

•负载（含拖车）：关键因素

•持续时间（距离）：重要因素

LOGOStudy35传统动力总成冷却系统集成

销售区域的工况参数收集是定义工况的前提条件

LOGOStudy36传统动力总成冷却系统集成

通常不同销售区域的工况参考

•欧洲：常温，高速（德国

Max

Speed）平路；常温，中速，大坡度，大拖车

•北美：高温，中等坡度，拖车，中速（PerformanceCar除外）

•中国：较高温，中等坡度，无拖车

•中东：极端高温，高速平路

•南美：常温，中速，大坡度

LOGOStudy37传统动力总成冷却系统集成

工况严苛程度的定义

•根据不同工况的严苛程度，冷却系统的要求也不同

• 持续工况：在10年16万公里的行驶过程中，可能出现累计1400小时或12000次循环。车辆可能经常或长时间在该工况下行驶。

• 短暂工况：在10年16万公里的行驶过程中，可能出现累计60小时或400次循环，车辆可能短暂地在该工况下行驶。

• 极端工况：超出定义的使用范围的工况。该工况下，零件可能损坏，但车辆要能够行驶并且没有安全问题（性能允许衰减）。

•冷却系统的目标温度设计要求根据上面定义确定

LOGOStudy38

传统动力总成冷却系统集成

•动力总成冷却系统输入要求

•发动机散热需求分析

•变速箱散热需求分析

•涡轮增压器散热需求分析

•动力总成冷却系统设计工况定义

•动力总成冷却系统负荷计算

•动力总成冷却系统回路设计

•动力总成冷却系统控制

内容

LOGOStudy39传统动力总成冷却系统集成

整车工作点

动力总成散热量

冷却系统能力

工况定义

动力总成功率扭矩

变速箱速比/换挡图

整车负荷

拖车定义（北美Vs.欧洲）

风阻系数

迎风面积

滚阻系数

最高车速

发动机台架数据

水泵流量特性

发动机温度限值

涡轮增压器散热

中冷器空气流量

中冷器出口温度限值

涡轮增压系统压降限值

变速箱散热

变速箱油流量

变速箱油温限值

油冷系统压降限值

Qfluid=Qair

LOGOStudy40传统动力总成冷却系统集成

W=F*V=(FR+FD+FG+FA)*Vsin

=grade/100

FG=Mgsin

m1gW=驱动功率

F=阻力

V=车速

FR=轮胎滚动阻力

FD=风阻

FG=坡道阻力

FA=加速阻力

驱动功率计算

FD=(Cd*ρ*A*V^2)/2LOGOStudy41传统动力总成冷却系统集成

驱动功率计算

•坡度不是角度，而是角度做Sin计算后的百分数

•质量是满载后的总质量，包含车重、乘客、行李和拖车（Option）的总和。

•冷却系统选型计算采取持续稳态工况，即加速阻力Fa=0•需要整车风阻系数Cd、迎风面积和滚阻系数输入

•早期也可采用类似车辆的滑行曲线代替风阻和滚阻(滑行曲线不包括坡道阻力)*滑行阻力曲线（高速误差加大）：F=F0+F1*V+F2*V^2*水泵、转向、发电机、压缩机等附件损失不包含在内

LOGOStudy42传统动力总成冷却系统集成

附件损失修正

获取整车质量负荷

参考近似车型的滑行曲线

计算出该工况下的发动机功率

计算出该工况下的发动机功率

获取整车质量负荷

获取整车风阻系数Cd和迎风面积

获取滚阻系数

确定设计工况

附件损失修正

确定设计工况工作点计算方法一

工作点计算方法二

LOGOStudy43传统动力总成冷却系统集成

用设计工况下计算出的功率

查曲线

获取发动机功率散热数据表

根据实际工况筛选数据

把散热和功率无量纲化

拟合曲线

得到发动机散热量

发动机散热计算方法一

发动机散热计算方法二

确定发动机转速，查表

获取发动机功率散热数据表

根据计算出的功率查表得出

多个工作点

获取换挡策略

根据车速、变速箱速比、节气门

开度和换挡策略确定对应档位

得到发动机散热量

LOGOStudy44传统动力总成冷却系统集成

发动机散热计算修正

•动力总成提供进气温度为室温下的数据，实际进气温度升高，点火角变化，影响功率，需要修正补偿散热量。尤其是涡轮增压发动机，台架试验进气极为理想，和实际工况由较大偏差

•动力总成提供的数据是90度冷却液的散热量，和冷却系统设计温度偏差带来的误差--电子节温器、电子水泵

•EGR冷却的影响

•集成式排气管的影响

•附件损失随发动机功率的增大，比例降低。

LOGOStudy45传统动力总成冷却系统集成

确定水泵流量

确定变速箱档位

通过车速和档位，计算出发动机转速

通过速比转换水泵转速

确定水路系统压降

水泵流量确定

LOGOStudy46传统动力总成冷却系统集成

水泵流量确定

• 可以通过模拟和实验获得

• 注意大小循环

的设定差异

冷却系统压降

冷却系统流量

系统阻力

水泵转速

LOGOStudy47传统动力总成冷却系统集成

变速箱散热量

•在选型的中速爬坡和高速稳态情况下，通常变速箱散热量只考虑SpinLoss和PumpLoss•随着油耗要求的提高，液力变矩器更倾向于Lock，需要和TCM标定工程师紧密合作。

•如果中速爬坡或高速工况下，TCC

Slip，需要先检查标定策略，而非增大冷却系统能力

•变速箱控制逻辑中提供了一定的热保护方法

LOGOStudy48传统动力总成冷却系统集成

控制系统对散热量的影响

•变速箱的热保护模式：当液力变矩器滑擦为主要热源时，可考虑降低档位，提高发动机转速，尽快进入TCCLock•高档位锁止模式：发动机过热时，可考虑通过锁止高档位，降低发动机转速

•某些变速箱散热量对加油量和油压敏感，检查质量控制。

•某些散热量大的变速箱，需要

使用水侧油冷器和空气侧油冷

器串联来满足要求，并加装控

制阀来防止过冷。

LOGOStudy49传统动力总成冷却系统集成

涡轮增压器散热量

•计算出发动机功率对应的工作点

•根据该工作点得出涡轮增压器的散热量和空气流量

CACHeatRejection

增压器散热量

发动机功率

LOGOStudy50传统动力总成冷却系统集成

参数

平均值

持续

短暂

极限

冷却液出口温度

发动机油温

中冷器进口温度

中冷器出口温度

风扇后风温

变速箱油温

冷却系统温度限值

•不同工况的温度限值不同

•冷却液系统压力影响系统沸点

LOGOStudy51传统动力总成冷却系统集成

侧置式

中置式

下置式

水冷式

--空间限制，性能有限

--CAC效果不佳，考虑风道引风或增加风扇

--迎风面积佳，风量大

--冷凝器身高中冷器换热温度

--X向尺寸大，Package困难

--内部压降大

--需造型支持，保证下格栅迎风面积

--内部压降小于FullFace--可按需要把CAC布置在冷凝器和水箱下方

--改善涡轮迟滞现象

--冷却模块中集成低温水箱

--成本高，增加水泵、水管及相应控制和诊断

--减短中冷管路长度

冷却模块布置形式

LOGOStudy52传统动力总成冷却系统集成

CondenserCAC（ForTurbo）

Radiator wTOCACSystemTurboSystemEngineSystemTrans.System中冷需求

油冷需求

AirTemp.LimitAir水温需求

冷凝需求

框架尺寸限制

耦合设计

LOGOStudy53传统动力总成冷却系统集成

冷却系统耦合设计

•强化某一换热器设计会影响其他部件

•单个换热器的耦合设计：换热、风阻、内阻、流量

•各个换热器的耦合设计：冷凝器、水箱、中冷器

•不同工况的耦合设计：高速、速爬坡、怠速

•风量和换热器的耦合设计：风量、换热能力

LOGOStudy54传统动力总成冷却系统集成

允许的情况下，尽量争取大迎风面积

• 有利于换热器减薄设计，降低重量和成本

• 有利于降低风扇功率，降低成本和能耗

• 有利于增加设计带宽，动力总成升级时避免车身改动

• 有利于降低风扇后风温，改善发动机舱热管理，减少隔热罩应用

• 主动进气格栅的应用

LOGOStudy55传统动力总成冷却系统集成

冷却风扇

•单风扇和双风扇的选择平衡

• 成本考虑

• 效率（能耗）衡量：1.4• 噪音平衡

• 百叶窗来满足高速风量需求

•PWM控制和电阻控制的选择

• 成本考虑

• 效率（能耗）考虑

• 噪音考虑

•压头和风量：高、低负荷下，日系、欧系和美系的表现差别

LOGOStudy56传统动力总成冷却系统集成

冷却风扇

•有刷电机和无刷电机的选择• 成本考虑• 效率（能耗）考虑• 噪音考虑• 功率限制•系统成本考虑：降低功率• 风扇电机• 发电机• 蓄电池•材料：尼龙，PPLOGOStudy57传统动力总成冷却系统集成

降低风扇能耗的常用方法（散热需求一定）•增大前格栅开口面积，增大换热器迎风面积•改善气流导向• 格栅开口正投影到换热器• 改善密封，增加导流板•冷却模块优化设计• 降低换热器风阻• 提高散热性能，降低风量需求• 优化风扇工作点，提高风扇效率•降低发动机舱背压

LOGOStudy58内容

传统动力总成冷却系统集成

•动力总成冷却系统输入要求

•发动机散热需求分析

•变速箱散热需求分析

•涡轮增压器散热需求分析

•动力总成冷却系统设计工况定义

•动力总成冷却系统负荷计算

•动力总成冷却系统回路设计

•动力总成冷却系统控制

LOGOStudy59传统动力总成冷却系统集成

冷却系统性能除考虑散热外，还需注意

•加注

•生产线加注

•售后加注

•排气

•水箱排气

•发动机排气

•发动机补液

•溢流

LOGOStudy60传统动力总成冷却系统集成

入口

出口

发动机运行时

空气

冷却系统排气

•水箱放气螺栓或管路排气

•加热器下进上出

LOGOStudy61传统动力总成冷却系统集成

进口型节温器冷却回路设计

•进口型节温器直接感知发动机进水水温，为直接控制，对发动机水温控制有利。

•发动机补液管路连接到节温器后，否则在节温器关闭时无法为发动机补水

•水箱溢流管路按需加毛细管节流，保证加热性能。也可考虑取消，改为水箱出水侧放气螺栓

LOGOStudy62传统动力总成冷却系统集成

出口型节温器冷却回路设计

•出口型节温器直接感知发动机出水水温，为间接控制，在低温下发动机实际进水温度容易受到小循环散热干扰，从而产生波动，对发动机水温控制不利。

•发动机补液管路连接到水泵回水水路即可。

LOGOStudy63传统动力总成冷却系统集成

进口型节温器Vs.出口型节温器

出口型节温器

进口型节温器.

LOGOStudy64传统动力总成冷却系统集成

承压和非承压膨胀水壶

承压膨胀水壶

非承压膨胀水壶

成本

高

低

布置

困难，系统最高点

容易，可和风扇护风罩集成

重量

重

轻

性能

承压壶生产线加注

水箱加注+非承压壶加注

售后加注容易

售后加注困难

发动机运转主动实时排气到水壶

仅在超过预设压力时被动排气到水壶

主动实时补液，水泵工作平稳

系统低于预设压力时通过虹吸补液，

LOGOStudy65

传统动力总成冷却系统集成

•动力总成冷却系统输入要求

•发动机散热需求分析

•变速箱散热需求分析

•涡轮增压器散热需求分析

•动力总成冷却系统设计工况定义

•动力总成冷却系统负荷计算

•动力总成冷却系统回路设计

•动力总成冷却系统控制

内容

LOGOStudy66传统动力总成冷却系统集成

冷却系统控制

•电子节温器

•冷却风扇

•主动进气格栅

•空调切内循环

•压缩机切断

•电子水泵（主水泵）

LOGOStudy67传统动力总成冷却系统集成

压缩机切断控制

•冷却要求：

• 水温过高

• 保护要求：

• 空调压力过高

• 空调压力过低

• 转速过高

• 电压过高

• 电压过低

• 动力性要求加速：启动/加速/全油门

LOGOStudy68传统动力总成冷却系统集成

冷却风扇控制

•冷却要求：

• 水温

• 空调压力

• AfterRun• 保护要求：

• 电压过高

• 电压过低

• 启动次序

• NVH考虑

• 可变进气格栅的影响

LOGOStudy69传统动力总成冷却系统集成

节温器开启

水温

1档

ON(℃)OFF(℃)2档

ON(℃)OFF(℃)

3档

ON(℃)OFF(℃)空调压力

1档

ON(KpaA)OFF(KpaA)2档

ON(KpaA)OFF(KpaA)

3档

ON(KpaA)OFF(KpaA)发动机热保护模式

变速箱热保护模式

熄火后怠速风扇控制

水温报警

冷却系统控制

LOGOStudy70传统动力总成冷却系统集成

空间尺寸

降低空间尺寸占用

风量

提高风量利用率

性能

满足各部件冷却需求

NVH

降低噪音振动

效率

降低电量消耗.动力总成散热

动力总成降低高负荷下的散热

系统充注

冷却系统在工厂或售后充注

LOGOStudy71

新型智能热管理系统

•

新型智能热管理系统背景和特点

• 新型智能热管理系统的回路设计

•

新型智能热管理系统的控制

•

新型智能热管理系统的诊断需求

内容

LOGOStudy72新型热管理系统

冷却系统技术发展要求：更精准，更高效

•电子节温器技术

•双节温器技术

•电子水泵

•集成式排气管

•PWM冷却风扇技术

•涡轮增压水冷技术

•创新智能热管理系统

功能集成到智能热管理系统

LOGOStudy73新型热管理系统

智能热管理系统的目的

•提高发动机效率和性能，改善油耗和排放

•满足冷却需求，消除早燃，防止爆震

•兼顾加热需求

智能热管理系统的核心理念---按需冷却/加热

•冷启动时，加快发动机暖机

•冷启动时，加快变速箱油温升温速率

•冷却负荷不高时，提高冷却液目标水温，改善发动机燃烧

•高温高负荷时，降低冷却液目标水温，防止早燃和爆震

•除霜除雾和加热需求时，保障相应性能

LOGOStudy74新型热管理系统

智能热管理系统的的实现方式

•根据不同回路冷却/加热需求，利用电控旋转阀组件，完成回不同通路控制切换。

•利用电控旋转阀和缸体水温控制阀，独立控制缸盖、缸体的冷却水循环开启温度，加快发动机热机过程。

•集成式排气管加快暖机

•利用变速箱加热/冷却器，加快变速箱油升温速率

•利用电子水泵，实现不同回路、不同负荷下流量的按需有效调节。（某些系统仍采用机械式水泵，控制精准性受影响）

•实际设计中可能集成部分功能而非全部。

LOGOStudy75新型热管理系统

1.暖机（静态冷却液）

发动机燃烧产生的热量仅供自身暖机

发动机缸体缸盖冷却液回路断开

大循环水箱冷却回路断开

发动机机油冷却器回路断开

小循环加热器回路断开

LOGO新型热管理系统

Study2.暖机（少量液流）

发动机燃烧产生的热量供自身暖机和缸盖、涡轮增压器冷却

发动机缸体缸盖冷却回路开启（缸体

缸盖及IEM

热管理模块）

涡轮增压器冷却回路开启

（缸体

涡轮增压

热管理模块）

大循环水箱冷却回路断开

发动机机油冷却器回路断开

小循环加热器回路断开

LOGOStudy77新型热管理系统

3.暖机（少量液流）以及车内制暖

发动机燃烧产生的热量供自身暖机和缸盖、涡轮增压器冷却以及车内制热

发动机缸体冷却回路关闭

发动机缸盖冷却回路开启（HeaterCore出水分为两路，分别进行涡轮增压器冷却和缸盖及集成排气管冷却）

大循环水箱冷却回路断开。

发动机机油冷却器回路断开。

小循环加热器回路开启。

LOGOStudy78新型热管理系统

4.暖机（油冷功能开启）

发动机燃烧产生的热量供自身暖机和缸盖、涡轮增压器冷却、发动机油冷器冷却

发动机缸体缸盖冷却回路开启（缸体

缸盖及IEM

热管理模块）

涡轮增压器冷却回路开启

（缸体

涡轮增压

热管理模块）

大循环水箱冷却回路断开

发动机机油冷却器回路开启

（缸体

油冷器

热管理模块）

小循环加热器回路断开。

LOGOStudy79新型热管理系统

5.发动机运行冷却（大循环冷却）

大循环主冷却回路开启。根据不同工况标定大循环开启和关闭的温度，从而控制发动机的不同水温，实现根据发动机的不同燃烧温度需求进行DemandCooling（电子节温器功能集成，控制更迅速，更精确）

发动机缸体缸盖冷却回路开启（缸体

缸盖及IEM

热管理模块）

涡轮增压器冷却回路开启

（缸体

涡轮增压

热管理模块）

大循环水箱冷却回路开启

发动机机油冷却器回路开启

（缸体

油冷器

热管理模块）

小循环加热器回路断开

LOGOStudy80新型热管理系统

6.发动机停机后冷却

发动机停机后，加热器回路的电子泵运转，成为唯一动力源，为发动机提供冷却，防止缸盖和涡轮增压器内冷却液沸腾过热。（AfterRun功能集成）

发动机缸体冷却回路断开

发动机缸盖冷却回路开启（HeaterCore

缸盖及IEM

热管理模块水箱

电磁阀

电子泵

HeaterCore）

涡轮增压器冷却回路开启

（HeaterCore

涡轮增压器

热管理模块

水箱

电磁阀

电子泵

HeaterCore）

大循环水箱冷却回路开启（反向流动）

机油冷却器回路关闭/小循环加热器回路关闭

LOGOStudy81新型热管理系统

7.紧急模式

如果旋转阀组件发生故障，水温超过标定限值，电子泵开启，旁通阀打开，作为动力源保证有限冷却，保证车辆继续行驶有限距离

发动机缸盖冷却回路开启（HeaterCore

缸盖及IEM

热管理模块水箱

电磁阀

电子泵

HeaterCore）

涡轮增压器冷却回路开启

（HeaterCore

涡轮增压器

热管理模块

水箱

电磁阀

电子泵

HeaterCore）

大循环水箱冷却回路开启（反向流动）

缸体冷却无法保证（取决于故障阀的位置）

机油冷却无法保证（取决于故障阀的位置）

LOGOStudy82

混合动力车冷却系统集成

● 混合动力车冷却系统特点

● 混合动力车驱动电机散热需求

● 混合动力车电池冷却回路散热需求

● 混合动力车电子模块冷却回路散热需求

● 混合动力车工况定义

● 混合动力车冷却系统的负荷计算

● 混合动力车冷却回路设计

内容

LOGO新能源车定义和分类

Study8383Start/StopBASHEVPHEVEREVBEVFCV12V电池，动力完全有发动机提供。仅仅在某些怠速情况下停止发动机，节约能源

新能源车是指采用了除燃油以外的其他驱动能源的车辆。因此新能源车通常按驱动能量比例分类，即电池电机的电能和发动机产生的机械能的比例。

非高压电池<60V.电池&电机的作用是调整发动机工作点，改善油耗和动力。电池&电机能力不足以单独驱动车辆

48V~100V.电池&电机的作用是调整发动机工作点，刹车能力回收，改善油耗。电池&电机能力不足以单独驱动车辆。

>200V,不可外接充电。电池&电机的作用是调整发动机工作点，刹车能力回收。电池&电机能够在低负荷短时间单独驱动车辆。

可外接充电。电池&电机，可以单独驱动发动机行驶一定里程(纯电里程）。

仅靠发动机不足以驱动车辆满足高负荷工况。发动机不直接连驱动系统，而是给电池充电，电池电机来驱动车辆。

无发动机，电池&电机单一驱动。

燃料发电，电池电机单一驱动。

LOGO新能源车定义和分类

Study8484按照动力系统连接方式分类--纯电

（最简单）

无发动机，仅靠电池电机驱动

通常电池、电机功率、体积和质量很大。

代表车型：特斯拉ModelS，日产Leaf，北汽EV200，BYDe6，荣威e50LOGO新能源车定义和分类

Study8585纯电动车冷却系统

无发动机，不用考虑发动机冷却

单一能量输出，整车工作点容易确定

电池冷却：电池功率大，

冷却要求高，通常采用液冷

电机冷却：功率大，通常液冷

电子模块冷却：功率大，通常液冷

必需采用电动压缩机

无热源，加热和除霜难度大

LOGO新能源车定义和分类

Study8686按照动力系统连接方式分类--串联

发动机总是在最佳工况下驱动发电机，效率高

中低速和城市工况效率高

发动机持续驱动发电机发电，行驶里程长

发动机只发电，不直接驱动车辆，控制系统简单

优点：

二次能源转换，降低效率。纯电里程外的高速油耗高于汽油车

通常电机功率大，质量、体积、成本增加

缺点：

代表车型：雪佛兰Volt增程型2011款，

宝马i3增程型,传祺GA5增程型

LOGO新能源车定义和分类

Study8787按照动力系统连接方式分类--串联

LOGO新能源车定义和分类

Study8888串联混合动力车的冷却系统

有发动机，多关注发动机驱动发电机，电机驱动车辆同时为电池充电的工况。

发动机工况相对稳定，整车工作点容易确定

电池冷却：电池功率大，

冷却要求高，通常采用液冷

电机冷却：功率大，通常液冷

电子模块冷却：功率大，通常液冷

考虑纯电里程，必需采用电动压缩机

考虑纯电工况下无热源，加热和除霜除雾，以及未来国6的挑战

LOGO新能源车定义和分类

Study8989按照动力系统连接方式分类--并联

发动机和电动机可以同时驱动汽车，其动力性能优越

驱动模式较多，可以适应多种工况

发动机能够在中高速运行时单独驱动汽车，无需进行能源的二次转换

优点：

电动机同时也是发电机，因此，油电混合模式下，无法对电池充电。电能耗尽则进入发动机模式，直至发动机或外部电源重新给电池充电。

缺点：

代表车型：BYD秦，宝马530Le,奥迪A3e-tronLOGO新能源车定义和分类

Study9090按照动力系统连接方式分类--并联

三种主要驱动模式

相对于串联，并联在混合模式或纯油模式高速工况更加节能。

其他模式有：行车充电、停车发动机充电、停车外部充电、制动能量回收、怠速停机等

LOGO新能源车定义和分类

Study9191并联混合动力车的空调及冷却系统

有发动机，需要关注发动机驱动、电机驱动和混合驱动各种工况

油电能量分配管理较为复杂，注意工况点确定

电池冷却：根据功率及需求，采取风冷或液冷

电机冷却：根据功率及需求，采取风冷或液冷

电子模块冷却：根据功率及需求，采取风冷或液冷

根据纯电工况，选择压缩机类型

有单纯发动机模式，容易满足除霜除雾法规，未来国6会带来挑战。

LOGO新能源车定义和分类

Study9292按照动力系统连接方式分类--混联

相对于串联和并联，驱动模式更丰富，节油效果更好。

在并联的混合驱动模式基础上，加入了充电功能，发动机和电动机同时驱动车辆时，也可以给电池充电，保证所需电量，节约能源。

优点：

结构复杂，成本高。

技术难度高，ECVT及能量管理控制对节油效果影响大

缺点：

代表车型：丰田Prius，通用CT6PHEV，

别克VeliteLOGO新能源车定义和分类

Study9393按照动力系统连接方式分类--混联

ECVT的行星齿轮结构的耦合单元替代了变速箱，起到连接、切换两种动力以及减速增扭的作用，使电动机和发动机的配合更加默契。

不同公司的ECVT设计差异

可纯油、纯电、油电混合模式下运行。

实现混合驱动模式下的充电

LOGOStudy94新能源车驱动系统

丰田ECVTLOGOStudy95SOC不足时，串联式动力系统

1500~2100rpm

SOC不足时，混联式动力系统

1200~4000rpm时间

时间

发动机转速发动机转速新能源车驱动系统

LOGO新能源车定义和分类

Study9696混联混合动力车冷却系统

有发动机，需要关注发动机驱动、电机驱动和混合驱动各种工况

油电能量分配管理较为复杂，注意工况点确定

电池冷却：根据功率及需求，采取风冷或液冷

电机冷却：通常采取液冷

电子模块冷却：根据功率及需求，采取风冷或液冷

根据纯电工况，选择压缩机类型

有单纯发动机模式，容易满足除霜除雾法规，未来国6会带来挑战。

LOGO新能源车定义和分类

Study9797

对空调的影响：随电能比例升高，电池、电机功率及电子模块能力增大

• 电池冷却需求能力增加

• 电机冷却需求能力增加

• 电子模块冷却需求能力增加

• 纯电行驶里程增加，电动压缩机成为必然

自然冷却

强制自然风冷却

空调风冷却

液冷

自然冷却

强制自然风冷却

液冷

自然冷却

强制自然风冷却

液冷

定排量压缩机

外控变排量压缩机

电动压缩机

LOGO新能源车电池

Study9898LCO钴酸锂

LMO锰酸锂

LFP磷酸铁锂

NMC镍钴锰三元材料

电压 3.60V 3.70V 3.30V 3.60/3.70V能量密度 150–250Wh/kg 100–135Wh/kg 90–120Wh/kg 140-230Wh/kg循环寿命 500-1,500 500–2,000 2,000–2,0000 1,000–4,000高温性能 ~80°C ~65°C ~75°C ~65°C低温性能 ~20°C -20°C -20°C -30°C热失控 150°C 250°C 270°C 210°C

安全性 在温度较高的情况下就会燃烧甚至爆炸热稳定性好，安全性较高热稳定好，安全性高；电池一致性差不如磷酸铁锂稳定，需要完善的电池管理系统来防止高温胀气等失效优点 能量密度高 安全性好，成本低 安全性好，热稳定性高 能量密度高缺点 热稳定性差 能量密度低 能量密度一般，低温放电性能一般，电池一致性差热稳定性差，Thermal控制要求高注释 便携式电子设备等小容量电池。电动工具，乘用车 商用车，乘用车 乘用车LOGOStudy99新能源车电池

不同区域电池差异化

三元锂电池方兴未艾

LOGOStudy100新能源车电池

电池低温放电衰减严重

三元锂电池优于磷酸铁锂

LOGOStudy101IdealconditionVoltage(V)0 Temperature(℃) 60520 4034新能源车电池

高温对电池寿命及安全带来风险

LOGO新能源车电池

Study102

电池热量来自于内阻发热和化学反应，其中充放电的热量占绝大多数，通常可以直接用电流和内阻来计算热量。

充电的化学反应是吸热的，放电的化学反应是放热的。加上电流内阻发热，放电比充电散热略大一些。

电池充电只能充到~90%，目的是考虑电池的不一致性，以及留一定余量给能量回收。

电池充放电能力和寿命受温度影响，电池热管理系统重要性大大提升。

LOGO新能源车热系统

Study103103PHEV/EREV

电动压缩机

动力电池液冷回路：Chiller,TXV,CoolantPump,CoolantValve,SurgeTank,ACPlumbing,CoolantPlumbing

高压电加热及控制模块

加热回路电子水泵

驱动电机油冷回路

各电子模块低温冷却回路：低温水箱，泵，冷却液壶，水管

LOGO新能源车热系统

Study104104BEV

电动压缩机及控制模块

动力电池液冷回路：Chiller,TXV,CoolantPump,CoolantValve,SurgeTank,ACPlumbing,CoolantPlumbing

高压电加热及控制模块

加热回路电子水泵

驱动电机油冷回路

各电子模块低温冷却回路：低温水箱，泵，冷却液壶，水管

没有发动机冷却回路

LOGOStudy105新能源车冷却系统

散热输入

整车工况计算

冷却模块性能设计

电子模块水路流阻计算

LOGOStudy106新能源车冷却系统

当前新能源车冷却系统考核工况远远多于传统车

不同新能源车，按需求，考核工况不同，例如PHEVVs.HEV，

风冷电池Vs.液冷电池

随着数据库的丰富，对新能源车的进一步了解，预期未来测试工况会大幅减少

LOGO新能源车热系统

Study107107新能源车冷却系统工况可大致分为以下几大类：

电池冷却系统选型工况：通常考虑城市工况，可将国家油耗实验中的城市工况扩展到不同环境温度，考核反复充放电下，电池冷却能力，是电池冷却系统选型工况。

驱动系统和驱动模块选型工况：同传统车类似，通常采用高负荷爬坡工况。

能耗工况：通常和国家油耗实验工况对应，主要用于考量该温度下，冷却系统能维持的电池温度对电池放电能力的影响，从而影响行驶里程和油耗数据。该工况下一般没有过热问题。

电池Soak工况：用于考核和计算电池寿命

充电考核工况：仅针对PlugIn.不同温度下的快充（电池），不同温度不同充电电压下的慢充（模块+电池）

电子模块考核工况：不同温度下冷启动，爬坡工况+怠速；低速爬坡

开窗工况：仅针对布置在乘客舱内的风冷电池系统

LOGO电子模块散热输入

Study按照动力系统连接方式分类--混联

工况1 工况2 工况3散热Vs.功率输出

功率输出

散热

LOGO整车工况计算

Study

动力总成和整车整车工况,计算出整车工况下需要的电机转速、扭矩、功率损失等

Thermal进行冷却系统设计

Drivingcondition

VehicleSpeed(kph)

Ambient(deg.C)

ACComp

Speed,Vehicle(km/h)

Speed,Engine(rpm)

Control,ModeActual

MG1:Power,InverterLoss(W)

MG1:Power,MotorLoss(W)

MG1:Speed,Shaft(rpm)

MG1:Torque(Nm)

ShuttersOpen

Idle

0

38

On

7.2%GradeatGVMR

90

38

On

7.2%GradeatGVMR

90

38

Off

RLGVMR

155

38

On

160

38

On

7.2%GradeatGVMR

50

38

On

16%GradeatGVMR

40

33

On

ShuttersClosed

Coastdown(BASEAIRFLOW)

120

25

Off

WinterGrade(cond11,16%GL,ACoff)

40

10

Off

WinterMaxspeed

Vmax

10

Off

LOGOStudy

Thermal对各项散热量输入，进行CRFM仿真，得到散热器进出口温度，进行对比，确认满足性能。

CRFM选型设计

2016071916mmRadiator+2ATOCtube,CRFM-2tube,NewATOC+LTRheatload+NewAirflowDrivingconditionVehicleSpeed(kph)Ambient(deg.C) ACCompEnginespeed(rpm)EngineCoolantheatrejection(kW)LTRflowrate(l/min)ATOCflowrate(l/min)DriveUnitHeatRejectionRequirement(kW)TPIM+APMHeatRejectionRequirement(kW)ACpowerassumption(kW)Raidatorflowrate(l/min)5MinAve 5MinAveIdle 0 38 On 1200 7.12 6 8 0.48 0.81 10 18.57.2%GradeatGVMR 90 38 On 5000 25.69 6 8 4.24 1.79 10 77.87.2%GradeatGVMR 90 38 Off 5000 24.44 6 8 4.08 1.71 2 77.8RLGVMR-1 155 38 On 4500 24.44 6 8 3.48 1.50 10 70.0RLGVMR-2 160 38 On 5000 26.40 6 8 5.26 1.79 10 77.87.2%GradeatGVMR 50 38 On 4000 17.71 6 8 2.51 1.26 10 62.216%GradeatGVMR 40 33 On 4000 22.88 6 8 4.36 2.00 10 62.2Coastdown(BASEAIRFLOW) 120 25 Off 4000 16.75 6 8 3.58 1.51 10 62.2WinterGrade(cond11,16%GL,ACoff) 40 10 Off 4000 18.64 6 8 3.20 1.61 2 62.2WinterMaxspeed 160 10 Off 5000 25.45 6 8 5.27 1.89 2 77.8SimulationresultRadatornetTemperatureCRadatoroutetTemperatureCArfownfrontofRadator(CMM)ArTemperaturenfrontofRadatorCArTemperatureafterRadatorCLTRnettemperatureCLTRoutetTemperatureCArfownfrontofLTR(CMM)ArTemperaturenfrontofLTRCArTemperatureafterLTRCATOCnetTemperatureCATOCoutetTemperatureCArfownfrontofATOC(CMM)ArTemperaturenfrontofATOCCArTemperatureafterATOCCArfownfrontofcoongmodue(CMM)ArTemperatureafterCondenserC84.5 78.2 30.8 58.5 71.4 58.4 55.2 16.6 51.1 53.8 69.3 67.2 14 62.3 64.3 28.9 56.1115.8 110.6 36.6 62.7 102.2 61.9 55.9 20.5 48.5 53.3 111.9 94 15.1 60.2 75.9 34.0 53.499.2 94.1 37.0 49.4 85.2 52.6 46.8 20.8 40 44.3 91.4 73.8 15.2 42.2 56.5 35.7 40.998 92.3 49.3 54.7 81.9 54.9 49.7 29.6 45 47.7 95.6 80.6 18.8 56 66.2 46.8 49.1102.2 96.7 50.1 56.8 85.9 56.5 50.5 30 44.9 48 115 92.8 18.9 55.9 71.2 47.3 49104 99.5 32.0 62.3 93.5 61.2 56.7 17.2 50.6 54.6 94 83.2 14.1 62 72 29.7 55.6118.9 113.1 30.2 63.7 106.6 63.8 57.2 15.6 46.7 53.6 113.4 95 13.5 57.8 75.7 27.4 51.877.1 72.6 43.6 43.4 63.8 43.3 38 25.7 32.8 35.9 85.8 70.2 17.1 43.9 55.1 41.1 37.266 61 31.2 20.8 50.5 25.3 19.7 16.4 12.3 17 54.1 39.8 13.9 14.3 25.4 30.0 13.262.8 57.2 52.3 18.6 42.4 23.2 16.7 31.5 11.1 14 72.3 49 19.5 13.1 26 50.9 11.9LOGOStudy111