整车热系统集成资料
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中东？撒哈拉？欧洲？
温度调研
2. 动力总成冷却系统
月最高平均气温
2. 动力总成冷却系统
2.3 整车负荷
该车辆设计的最大工作负荷
• 满载车重：中高速爬坡的主要负荷 • 风阻系数：高速平路行驶的主要负荷 • 轮胎滚阻 • 车速：项目定义的最高车速（断油控制） • 拖车：项目定义的拖车重量（欧洲？北美？）
风阻系数 横截面积
滚阻系数 车重
坡度 车重
发动机功率 = 动力 + 传递损失 + 附件损失
风阻系数 横截面积
滚阻系数 车重
坡度 车重
2. 动力总成冷却系统
冷却系统设计
动力总成功率扭矩 变速箱速比/换挡图
整车负荷/阻力
整车 工作
点
发动机台架数据 涡轮增压器散热
变速箱散热
动力 总成 散热 量
冷却系 统能力
2. 动力总成冷却系统
冷却系统耦合设计
2. 动力总成冷却系统
框架尺寸一定
• 强化某一换热器设计会影响其它部件 • 单个部件本身也存在耦合设计需求
内阻VS流量 风阻VS风量 • 多工况耦合设计 各工况均需满足性能需求
2. 动力总成冷却系统
风扇
• 单双风扇 • 有刷，无刷 • 材料：尼龙，PP • 压头VS风阻：高低负荷，日欧压头差别
• 整车热管理不研究
太阳辐射导致的温度变化； 零部件内部自身产热。
3. 整车热管理
3. 整车热管理
• 影响零件热可靠性的主要因素
零件材料特性：除密度、热传导率、比热等基本特性外，还要考虑 在长期置于不同温度下对零件的影响
零件工作或所处的温度：包含车速、负荷、环境温度等条件 零件在对应的运行条件的时间、频次等：工况VS时间/频次
整车热系统集成
1.整车热系统集成概述 2. 动力总成冷却系统集成 3. 整车热管理
1. 整车热系统集成概述
1.1 中国整车热系统开发的发展历程
1. 整车热系统集成概述
1.2 整车热系统研究范围
汽车空调系统
整
车
热
动力总成冷却系统
系
统
整车热管理
1. 整车热系统集成概述
1.3 汽车热系统发展趋势
1. 整车热系统集成概述
3. 整车热管理
隔热罩的使用
3. 整车热管理
整车热管理建议
• 前期介入 间隙控制：前期输入有限的情况下，进行关键零件的热间隙检 查，保证至少有后备方案 参与到动力总成的早期设计 及早收集讨论关键零件的耐温要求
• CFD模拟 输入参数具备的情况下，CFD模拟是有效手段
• 实车测试 各工况扫描，整理数据，问题解决
压缩机切断控制
冷却系统控制
2. 动力总成冷却系统
动力总成散热 系统充注 空间尺寸 风量 性能 NVH 效率
动力总成降低高负荷下的散热 冷却系统在工厂或售后充注
降低空间尺寸占用 提高风量利用率 满足各部件冷却需求
降低噪音振动 降低电量消耗
3. 整车热管理
• 整车热管理研究
由动力总成产生的热量分布，从而采取措施避免整车各零件超过温度限 值导致耐久性影响、损坏乃至燃烧
2. 动力总成冷却系统
2.1.3 变速箱冷却需求 液力变矩器损失：受变速箱标定影响大 油泵损失 其它损失：齿轮搅油……
2. 动力总成冷却系统
2.2 销售区域
各区域冷却系统工作的最恶劣工况 • 气温：热区，中等区域，冷区 • 车速：最高车速要求（德国） • 坡度：最大坡度
2. 动力总成冷却系统
1.4 集成的价值
Hale Waihona Puke Baidu
2. 动力总成冷却系统
动力总成冷却系统设计输入
2. 动力总成冷却系统
2.1 动力总成散热量输入
2.1.1 动力总成输入
2. 动力总成冷却系统
动力总成冷却系统
2. 动力总成冷却系统
2.1.2 涡轮增压器冷却
2. 动力总成冷却系统
发动机及涡轮增压器冷却需求
关注发动机新技术对散热量的影响：PFI→SIDI 集成式排气管
• 试验和模拟比对，经验总结
3. 整车热管理
• 材料分类
• 金属材料 黑色金属及合金 有色金属及合金
• 非金属材料 有机材料 无机材料
• 负荷材料
3. 整车热管理
例SAE J1128/ISO 6722-Low Voltage Primary Cable
3. 整车热管理
本质是研究不同工况下，三者平衡和变化
热量产生速率
2. 动力总成冷却系统
降低能耗需求的方法
• 增大前格栅开口面积 • 调整格栅开口位置，尽可能正投影到换热器 • 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 • 降低换热器风阻 • 降低发动机舱背压 • 增大换热器迎风面积
2. 动力总成冷却系统
冷却系统设计
整车阻力 = 风阻 + 滚阻 + 坡道阻力
2. 动力总成冷却系统
冷却系统耦合设计
2. 动力总成冷却系统
带中冷器的冷却模块结构
2. 动力总成冷却系统
压缩机切断控制
冷却系统控制
• 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
2. 动力总成冷却系统
对周边零件的影响；涡轮增压发动机尤甚
3. 整车热管理
发动机排气系统（370-700℃）
• 常规行驶工况，约三分之一的能量通过排气系统 • 主要的辐射源 • 关注与周边零件的距离
3. 整车热管理
前段冷却模块（~100°C）
• 冷凝器，中冷器，油冷器和水箱的部分热量，随空气进入发动 机舱
• 冷却模块带走动力总成和空调系统的热量，但热空气可能会导 致发动机舱内电池、电子模块等温度超标
热量被空气带 着速率
热量在零件集 聚的速率
3. 整车热管理
零件温度VS运行工况
• 环境条件 • 整车负荷 • 车速 • 风扇状态 • 时间长度
考核工况
3. 整车热管理
大量数据采集确定本地区的驾驶工况
3. 整车热管理
发动机
• 最大热源 • 机油或水温过高会导致发动机过热 • 关注发动机高负荷怠速熄火后，缺乏空气流动带来的
2. 动力总成冷却系统
2.4 框架尺寸
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 • 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
2. 动力总成冷却系统
2.5 能耗需求
降低能耗需求
• 油耗需求 • 成本需求
风扇功率降低 发电机功率降低 电池功率降低
温度调研
2. 动力总成冷却系统
月最高平均气温
2. 动力总成冷却系统
2.3 整车负荷
该车辆设计的最大工作负荷
• 满载车重：中高速爬坡的主要负荷 • 风阻系数：高速平路行驶的主要负荷 • 轮胎滚阻 • 车速：项目定义的最高车速（断油控制） • 拖车：项目定义的拖车重量（欧洲？北美？）
风阻系数 横截面积
滚阻系数 车重
坡度 车重
发动机功率 = 动力 + 传递损失 + 附件损失
风阻系数 横截面积
滚阻系数 车重
坡度 车重
2. 动力总成冷却系统
冷却系统设计
动力总成功率扭矩 变速箱速比/换挡图
整车负荷/阻力
整车 工作
点
发动机台架数据 涡轮增压器散热
变速箱散热
动力 总成 散热 量
冷却系 统能力
2. 动力总成冷却系统
冷却系统耦合设计
2. 动力总成冷却系统
框架尺寸一定
• 强化某一换热器设计会影响其它部件 • 单个部件本身也存在耦合设计需求
内阻VS流量 风阻VS风量 • 多工况耦合设计 各工况均需满足性能需求
2. 动力总成冷却系统
风扇
• 单双风扇 • 有刷，无刷 • 材料：尼龙，PP • 压头VS风阻：高低负荷，日欧压头差别
• 整车热管理不研究
太阳辐射导致的温度变化； 零部件内部自身产热。
3. 整车热管理
3. 整车热管理
• 影响零件热可靠性的主要因素
零件材料特性：除密度、热传导率、比热等基本特性外，还要考虑 在长期置于不同温度下对零件的影响
零件工作或所处的温度：包含车速、负荷、环境温度等条件 零件在对应的运行条件的时间、频次等：工况VS时间/频次
整车热系统集成
1.整车热系统集成概述 2. 动力总成冷却系统集成 3. 整车热管理
1. 整车热系统集成概述
1.1 中国整车热系统开发的发展历程
1. 整车热系统集成概述
1.2 整车热系统研究范围
汽车空调系统
整
车
热
动力总成冷却系统
系
统
整车热管理
1. 整车热系统集成概述
1.3 汽车热系统发展趋势
1. 整车热系统集成概述
3. 整车热管理
隔热罩的使用
3. 整车热管理
整车热管理建议
• 前期介入 间隙控制：前期输入有限的情况下，进行关键零件的热间隙检 查，保证至少有后备方案 参与到动力总成的早期设计 及早收集讨论关键零件的耐温要求
• CFD模拟 输入参数具备的情况下，CFD模拟是有效手段
• 实车测试 各工况扫描，整理数据，问题解决
压缩机切断控制
冷却系统控制
2. 动力总成冷却系统
动力总成散热 系统充注 空间尺寸 风量 性能 NVH 效率
动力总成降低高负荷下的散热 冷却系统在工厂或售后充注
降低空间尺寸占用 提高风量利用率 满足各部件冷却需求
降低噪音振动 降低电量消耗
3. 整车热管理
• 整车热管理研究
由动力总成产生的热量分布，从而采取措施避免整车各零件超过温度限 值导致耐久性影响、损坏乃至燃烧
2. 动力总成冷却系统
2.1.3 变速箱冷却需求 液力变矩器损失：受变速箱标定影响大 油泵损失 其它损失：齿轮搅油……
2. 动力总成冷却系统
2.2 销售区域
各区域冷却系统工作的最恶劣工况 • 气温：热区，中等区域，冷区 • 车速：最高车速要求（德国） • 坡度：最大坡度
2. 动力总成冷却系统
1.4 集成的价值
Hale Waihona Puke Baidu
2. 动力总成冷却系统
动力总成冷却系统设计输入
2. 动力总成冷却系统
2.1 动力总成散热量输入
2.1.1 动力总成输入
2. 动力总成冷却系统
动力总成冷却系统
2. 动力总成冷却系统
2.1.2 涡轮增压器冷却
2. 动力总成冷却系统
发动机及涡轮增压器冷却需求
关注发动机新技术对散热量的影响：PFI→SIDI 集成式排气管
• 试验和模拟比对，经验总结
3. 整车热管理
• 材料分类
• 金属材料 黑色金属及合金 有色金属及合金
• 非金属材料 有机材料 无机材料
• 负荷材料
3. 整车热管理
例SAE J1128/ISO 6722-Low Voltage Primary Cable
3. 整车热管理
本质是研究不同工况下，三者平衡和变化
热量产生速率
2. 动力总成冷却系统
降低能耗需求的方法
• 增大前格栅开口面积 • 调整格栅开口位置，尽可能正投影到换热器 • 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 • 降低换热器风阻 • 降低发动机舱背压 • 增大换热器迎风面积
2. 动力总成冷却系统
冷却系统设计
整车阻力 = 风阻 + 滚阻 + 坡道阻力
2. 动力总成冷却系统
冷却系统耦合设计
2. 动力总成冷却系统
带中冷器的冷却模块结构
2. 动力总成冷却系统
压缩机切断控制
冷却系统控制
• 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
2. 动力总成冷却系统
对周边零件的影响；涡轮增压发动机尤甚
3. 整车热管理
发动机排气系统（370-700℃）
• 常规行驶工况，约三分之一的能量通过排气系统 • 主要的辐射源 • 关注与周边零件的距离
3. 整车热管理
前段冷却模块（~100°C）
• 冷凝器，中冷器，油冷器和水箱的部分热量，随空气进入发动 机舱
• 冷却模块带走动力总成和空调系统的热量，但热空气可能会导 致发动机舱内电池、电子模块等温度超标
热量被空气带 着速率
热量在零件集 聚的速率
3. 整车热管理
零件温度VS运行工况
• 环境条件 • 整车负荷 • 车速 • 风扇状态 • 时间长度
考核工况
3. 整车热管理
大量数据采集确定本地区的驾驶工况
3. 整车热管理
发动机
• 最大热源 • 机油或水温过高会导致发动机过热 • 关注发动机高负荷怠速熄火后，缺乏空气流动带来的
2. 动力总成冷却系统
2.4 框架尺寸
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 • 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
2. 动力总成冷却系统
2.5 能耗需求
降低能耗需求
• 油耗需求 • 成本需求
风扇功率降低 发电机功率降低 电池功率降低