汽车热管理系统原理与实践 分析,设计,开发与验证-第一讲：热管理系统概述
探讨新能源汽车的热管理系统设计
探讨新能源汽车的热管理系统设计新能源汽车作为未来汽车行业的发展趋势，其热管理系统设计变得愈发重要。
在传统燃油汽车中，发动机产生的热量主要通过散热器和冷却液来散发，而在新能源汽车中，电池组以及电动机同样会产生大量热量，因此有效的热管理系统设计成为确保新能源汽车性能稳定和安全运行的关键因素之一。
热管理系统的重要性新能源汽车的热管理系统不仅仅是简单的制冷和加热功能，更重要的是确保电池组和电动机在适宜的温度范围内工作，避免过热或过冷导致性能下降甚至损坏的情况发生。
良好的热管理系统设计可以提高能源利用率，延长电池寿命，减少能源浪费，同时也有助于保证车辆在极端温度下的稳定性。
设计原则和关键技术在新能源汽车的热管理系统设计中，要遵循以下原则：第一，综合考虑整车热量产生来源，包括电池组、电动机等部件，制定合理的散热和加热方案；第二，采用智能控制系统，实现精准控温，根据车辆工况实时调节热管理系统；第三，考虑环保性和节能性，尽可能采用高效节能的制冷和加热技术。
在实际设计中，新能源汽车热管理系统通常包括散热器、冷却液循环系统、热泵、制冷剂循环系统等关键部件。
通过这些部件的有机结合和协调工作，可实现对整车热量进行有效管理，保证车辆稳定高效地运行。
发展趋势和展望随着新能源汽车市场的不断发展壮大，热管理系统的设计也将面临更高的要求和挑战。
未来，随着电池技术的进步和新型材料的应用，新能源汽车热管理系统将更加智能化、高效化和轻量化，为车辆的能效提升和续航里程增加提供有力支持。
随着智能网联技术的发展，新能源汽车热管理系统还将更加智能化，实现与其他车辆系统的无缝协同。
因此，新能源汽车的热管理系统设计不仅是汽车工程领域的重要课题，更是推动整个新能源汽车产业链不断创新和发展的关键一环。
只有不断优化和改进热管理系统设计，才能让新能源汽车在未来的发展道路上更加稳健、高效地前行。
希望随着技术发展，新能源汽车的热管理系统设计能够持续提升，为环保和可持续发展做出更大的贡献。
奔驰热管理系统工作原理
奔驰热管理系统工作原理引言：奔驰热管理系统是一种用于汽车的温控系统，旨在确保车辆在各种气候条件下的舒适性和性能。
本文将介绍奔驰热管理系统的工作原理，包括其组成部分和工作流程。
一、组成部分：奔驰热管理系统由多个组成部分构成，包括发动机冷却系统、暖风系统、空调系统和座椅加热系统等。
这些部分相互配合，共同维持车辆的温度和湿度。
1. 发动机冷却系统：发动机冷却系统通过冷却剂的循环，将发动机散热器中的热量带走，确保发动机的正常运行温度。
冷却系统中通常包括水泵、散热器、风扇和热交换器等组件。
2. 暖风系统：暖风系统通过发动机产生的热量，将暖空气送入车辆内部，提供舒适的驾驶环境。
暖风系统通常由发动机冷却系统中的热交换器和风扇组成。
3. 空调系统：空调系统通过压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀等组件，将车内的热量排出，并降低车内的温度。
空调系统可以根据车内温度和设定值来调整制冷和制热的效果，以提供舒适的驾驶环境。
4. 座椅加热系统：座椅加热系统通过加热装置，为驾驶员和乘客提供温暖的座椅。
座椅加热系统通常由电热元件和控制器组成，可以根据需求调节座椅的温度。
二、工作流程：奔驰热管理系统的工作流程通常可以分为冷启动阶段、行驶阶段和停车阶段三个阶段。
1. 冷启动阶段：在冷启动阶段，发动机冷却系统起到关键作用。
当发动机启动后，冷却系统通过水泵将冷却剂循环到发动机散热器中，带走发动机产生的热量。
同时，暖风系统开始工作，将发动机产生的热空气送入车内，提供暖和的驾驶环境。
2. 行驶阶段：在行驶阶段，热管理系统需要根据车内温度和设定值来调节空调系统和座椅加热系统的工作。
当车内温度过高时，空调系统会启动制冷模式，通过压缩机将热量排出车外，降低车内温度。
而当车内温度过低时，座椅加热系统会根据设定值加热座椅，提供温暖的座椅。
3. 停车阶段：在停车阶段，热管理系统需要继续工作，以确保车内温度的稳定。
空调系统会根据车内温度和设定值，调节制冷和制热的效果，以保持舒适的驾驶环境。
新能源汽车整车热管理系统介绍
新能源汽车整车热管理系统介绍一、背景相较于传统燃油车热管理的对象为发动机、变速箱和空调等系统，新能源汽车的热管理新增了动力电池、电驱动等热管理对象。
从内燃机到电动车零部件的变化燃油车热管理系统主要包括空调制冷系统，和以发动机为热源的座舱暖风系统。
其主要零部件包括机械式空调压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器、以及发动机暖风系统等。
传统燃油车汽车热管理系统•新能源汽车(电动汽车)包括座舱、电池、电机电控热管理。
座舱热管理系统包括空调冷风、热泵暖风或PTC暖风，具有加热和制冷需求，主要零部件包括电动压缩机、电子膨胀阀、蒸发器、冷凝器、热交换器、PTC或者热泵冷凝器等。
新能源汽车热管理系统新能源汽车产业链中游主要包括空调热管理系统、电机电控冷却系统以及电池热管理系统等模块或者总成，由上游水泵、冷凝器等零部件组装而成，为下游整车提供功能安全和使用寿命的保障。
新能源热管理系统产业链中产品更复杂：由于其热管理系统的覆盖范围、实现方式相较传统燃油汽车发生了较大改变，其对于零部件节能性、安全性等方面的要求相对更高。
上游零部件中新增了Chiller、PCT加热器、四通阀等零部件，中游热管理系统中的热泵空调系统、电池冷却系统使得系统复杂程度进一步上升。
新能源汽车产业链系统品名图例作用电池、电机、电子设备等电子/电磁膨胀调节系统流量热管理系统阀电池、电机、电子设备等热管理系统冷却板内充冷却液，用于电池冷却电池、电机、电子设备等热管理系统电池冷却器电池系统换热电池、电机、电子设备等热管理系统电子水泵、水阀用于电池及电子设备水冷却减速器冷却系统油冷器、油泵电机和减速器冷却系统空调系统电动压缩机产生高压气体空调系统PTC/热泵通过加热或热交换产生热量空调系统膨胀阀控制制冷剂流量空调系统贮液器贮存制冷、过滤杂质与吸收水分空调系统冷凝器将冷却剂从气态变成液态，将其热量释放出来至周围空气中空调系统蒸发器让低温低压制冷剂吸收空气中热量关键部件解析小结：新能源汽车热管理系统部件趋于多样化和电气化，复杂性更高，带来新增市场机会。
新能源汽车热管理系统技术探析
新能源汽车热管理系统技术探析新能源汽车的崛起带动了热管理系统技术的不断进步与创新。
为了解决电池温度控制、热能利用等问题，汽车制造商不断研发新技术，从而提高新能源汽车的性能和可靠性。
本文将深入探讨新能源汽车热管理系统的技术原理、应用和未来发展趋势。
1.新能源汽车热管理系统的重要性新能源汽车采用电动驱动系统，其动力电池是其核心部件之一。
在电池工作过程中，温度的控制至关重要。
过高的温度会缩短电池寿命，降低能量密度，甚至导致安全隐患；而过低的温度则会影响电池的可用功率和能量回收效率。
因此，一个高效的热管理系统能够增强电池的性能和寿命，提高新能源汽车的续航里程。
2.新能源汽车热管理系统的技术原理新能源汽车热管理系统的核心任务是对电池和电动驱动系统进行温度控制和热能利用。
具体来说，热管理系统通过以下几种技术手段实现：热传导技术：利用导热材料将电池与散热器之间的热量传导出去，保持电池的适宜工作温度。
冷却技术：通过水冷、空冷或液冷等方式，将电池的余热散发出去，降低电池温度。
加热技术：在低温环境下，通过加热装置为电池提供热量，提高电池的工作效率和寿命。
热回收技术：将电池放出的热能转化为电能或供暖能源，提高整体能量利用效率。
3.新能源汽车热管理系统的应用现代新能源汽车热管理系统已经广泛应用于电池管理系统、电机控制系统和车内空调系统等方面。
通过合理调控温度，热管理系统能够提高电池充电效率、延长电池寿命，优化电机工作状态，提高整车能耗效率。
热管理系统还能够为车内创造一个舒适的驾乘环境，提供稳定的供暖和制冷效果。
4.新能源汽车热管理系统的发展趋势随着新能源汽车市场的快速发展，热管理系统技术也在不断演进。
未来，新能源汽车热管理系统将朝着以下几个方面发展：智能化：新一代热管理系统将采用智能控制技术，通过对车辆工况和环境参数的实时监测和分析，自动调节温度，提高系统的能效和安全性。
集成化：将热管理系统与其他车辆系统进行深度集成，实现信息共享和资源共享，优化整车能量管理，提高系统的整体效果。
高效的新能源汽车热管理系统
高效的新能源汽车热管理系统随着环保意识的增强和对可持续发展的需求，新能源汽车的市场需求不断增加。
而其中一个重要的问题便是如何提高新能源汽车的续航里程和性能表现。
在这方面，热管理系统起着至关重要的作用。
本文将介绍高效的新能源汽车热管理系统的原理和优势。
1.热管理系统的作用新能源汽车运行过程中会产生大量的热量，例如电机工作时的能量损耗和电池充放电时的内阻。
如果这些热量不能及时有效地进行调节和散发，就会导致电池温度过高，影响电池寿命和性能，并且在极端情况下可能引发安全事故。
因此，高效的热管理系统是确保新能源汽车性能和安全的关键。
2.散热系统的优化为了提高散热效率，新能源汽车采用了多种技术和设计。
其中一种常见的方法是增加散热器的面积，通过提高热量交换效率来降低温度。
散热器的材料也得到了改进，采用高导热性的材料来提高散热效果。
新能源汽车还采用了水冷或气冷系统来冷却电池。
水冷冷却系统通过在电池模块或电池包内部引入循环冷却液的方式，将电池产生的热量传递到冷却液中，再通过散热器散发到外部。
而气冷系统则通过在电池上方或周围直接通风散热的方式，将热量传递到空气中。
优化散热系统能够提高新能源汽车的散热效果，有效降低电池温度，提高电池寿命和性能。
3.能量回收和利用高效的新能源汽车热管理系统还可以实现能量的回收和利用。
在汽车运行过程中，电池和电机产生的热量可以通过热能转换器转化为电能再次回馈到电池中。
通过这种方式，不仅可以提高能量利用率，还可以进一步降低电池的温度。
4.智能控制系统高效的新能源汽车热管理系统还应配备智能控制系统。
通过传感器和控制器的配合，可以实现对热量的实时监测和控制，确保系统运行在最佳工作状态。
智能控制系统还可以根据不同的工况和温度要求，自动调节冷却液或通风散热的流量和速度，从而实现能耗的最小化。
5.其他优势高效的新能源汽车热管理系统还具备以下优势：提高电池的循环寿命，延长电池的使用寿命；提高新能源汽车的续航里程，减少充电次数；降低电池温度，提高电池性能和安全性；改善车内温度控制效果，提升乘坐舒适度。
新能源汽车热管理系统
新能源汽车热管理系统随着全球对环境保护意识的增强和对石油资源的有限性的认识，新能源汽车逐渐成为汽车行业的发展趋势。
其中，新能源汽车热管理系统作为关键技术之一，对于新能源汽车的性能和稳定性起着至关重要的作用。
本文将从新能源汽车热管理系统的定义、工作原理、技术挑战以及未来发展趋势等方面进行探讨。
一、新能源汽车热管理系统的定义新能源汽车热管理系统是指对新能源汽车中的电池、电动驱动系统以及动力电子装置等进行热控制和热调节的系统。
其主要功能是在不同工作状态下保持电池和动力系统的温度在合理范围内，以确保新能源汽车性能的稳定和寿命的延长。
二、新能源汽车热管理系统的工作原理新能源汽车热管理系统的工作原理可以分为主动控制和被动控制两种方式。
1. 主动控制：主动控制是通过电池温度和系统负载的实时监测与分析，采用液冷或风冷散热装置，配合电子控制单元，实时调节热量的传递和散发，以保持系统的稳定性和性能。
2. 被动控制：被动控制主要依靠热管、散热片等被动元件对系统进行热管理。
这些元件能够吸收和释放热量，将高温区域的热量传导到低温区域，保持系统温度的均衡。
三、新能源汽车热管理系统的技术挑战新能源汽车热管理系统在实际应用中面临着以下技术挑战：1. 温度均衡：新能源汽车热管理系统需要保证电池和电动驱动系统温度的均衡，以避免温度过高或过低对系统性能和寿命的影响。
2. 快速响应：新能源汽车的工作状态变化较快，热管理系统需要具备快速响应的能力，以保持系统温度的稳定。
3. 效能提升：新能源汽车的续航里程和充电效率都受到温度的影响，热管理系统需要提升散热效果，以提高系统的工作效能。
四、新能源汽车热管理系统的未来发展趋势随着新能源汽车的普及和技术的不断进步，新能源汽车热管理系统也将朝着以下方向发展：1. 多能源集成：随着混合动力和纯电动技术的不断融合，新能源汽车热管理系统将更好地适应多能源的需求，提供更加全面的温度控制和优化调节。
2. 智能化控制：利用先进的传感器和控制算法，新能源汽车热管理系统将实现智能化的温度控制，根据实时数据做出精确决策，提高系统的工作效率和稳定性。
车辆热管理的研究方法和内容PPT课件
gasoline engine.
9
风扇的性能
• 吸风风扇：有利于空气更均匀的流过CPK • 吹风风扇：有利于更多空气流过CPK ,但由于产生的二次流的能力损失，降低
空气流量；在12.5cm内，吹风方式有更好的性能；在大于12.5cm，吹风方式 性能降低 • 如果风扇与冷却模块间距小于120mm，吹风方式有利。 • 对吹风方式而言，风扇和冷却模块理想距离为50mm；
• 最新的冷却系统发展方向（VALEO公司)：
1. Nucleate boiling engine cooling: 发动机内部冷却液沸腾冷却系统(REROM) 2. THEMIS™ system： 智能化电子冷却系统（电子控制阀控制条件冷却液的温
度和流量） 3. CoolMaster™：电子水阀 代替传统的 节温器或电子控制阀 4. UltimateCooling™：
WCAC, WCDS
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Recommendations :
• THEMIS™ or CoolMaster™ could be used if the fuel consumption and pollutions reduction
are really the main target. Also it’s very good for the medium and high vehicle range equipped
engine.
• UltimateCooling™ is a good system in order to reduce the packaging of cooling module at
the front end. It’s an ideal system for high vehicle ange equipped with the turbo diesel or turbo
汽车热管理的工作原理
汽车热管理的工作原理
汽车热管理系统的工作原理可以概括为以下几点:
1. 发动机热管理
通过水冷却系统带走发动机汽缸盖和气缸体的热量,以控制发动机正常工作温度。
同时利用机油循环系统带走活塞、连杆、凸轮轴等运动部件的热量。
2. 电池热管理
对于新能源汽车,通过冷却液管路连接电池组与热交换器,利用制冷循环带走电池组过剩热量,避免电池过热。
3. 电机热管理
对驱动电机采用风冷或液冷系统,连接电机定子绕组与热交换器,带走电机运行过程中的热量。
4. 乘员舱温控
利用空调蒸发器给乘员舱降温除湿,加热芯管为乘员舱供暖,通过控制风门模式调节温度分布。
5. 节能利用废热
利用发动机等部件的废热预热发动机或为车内供暖,提高能量利用效率。
6.均衡热负荷分布
通过传热介质循环与调速风扇,可以在不同热负荷间传递热量,达到均衡车辆热分布的目的。
7. 优化热系统控制策略
采用热管理系统的协调控制策略,根据车辆工况智能调节各部件的冷却需要,优化整车热平衡管理。
8. 隔热设计
汽车采用隔热材料与结构设计,减少乘舱与外界热量交换,降低热管理系统负荷。
9. 散热器布局优化
通过仿生分析与多字段协同优化,使散热器与多个热源达到良好匹配,优化热交换
效果。
综上,汽车热管理系统需要考虑发动机、电池、电机、乘员舱等部位的热控需求,通过合理的控制策略与结构布局设计,实现热能的平衡和高效利用。
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热管理系统概述
你是否知道“汽车热管理系统”被认为是在 汽车历史上一项最具创新性的技术之一，排 位在防抱死制动系统（ABS），空气动力学 和柴油发动机的前面？ （英国的公共服务电视台第4频道）
热管理系统概述
什么是汽车热管理？
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热管理系统概述
历史回顾
1940
历史回顾
历史回顾
1958 Lincoln
历史回顾
• • • • • 1986 Taurus 热管理“成熟” HVAC成“标配” 系统设计成型 （计算，台架， 环境舱试验）
历史回顾
Max Jakob
历史回顾
• Max Jakob (Born in Ludwigshafen, Germany，July 20, 1879 – January 4, 1955)，German physicist in thermal science;
目标验 收： 热可靠； 热舒适； 热安全。
竞品分 析
目标设 定
目标分解
目标检 查
系统优化
目标验 收
热管理性能开发流程
智能型整车热管理器 TMM
智能型整车能量 EMM
2014
2015
2016
2017
2020
热管理性能计算流程
• • • • • • • • • 热负荷计算 油，水，增压空气限制，热保护零件 材料温度限值 热管理框架图 空气侧零部件选型设计 流体侧零部件选型设计 制冷剂测零部件选型设计 风扇，水泵，压缩机选型设计 NVH 机舱，底盘热保护，乘员舱通风设计
40.9 45.5 46.7 46.9 43.7 (105.6) (113.9) (116.1) (116.4) (110.7)
36.6 (97.9)
27.8 (82)
21.9 (71.4)
34.3 (93.7)
麦加
利雅得
全球基本气候图
麦加
热管理性能开发流程
热管理性能开发流程
整车 热、 冷环 境， 客户 需求
工况5（4档）
4955
173.04
369.8972
0.77317
主要开发内容
发动机机油 变速箱油 冷却液 增压空气进燃烧室 ATB （air-to-boil)最高 许用环境温度
*参考值，视材料而定
150°C* 135°C* 110°C* 75°C* 48°C*
主要开发内容
主要开发内容
主要开发内容
• The Max Jakob Memorial Award, the highest honor in the field of heat transfer, was established in 1961 by the ASME in honor of Jakob.
历史回顾
The Max Jakob Memorial Awardees • 1961 Ernst R. G. Eckert, United States • 1977 D. Brian Spalding, United Kingdom • 1981 Chang-Lin Tien, United States • 1982 Simon Ostrach, United States • 1992 William M. Kays, United States • 1996 Robert Siegel, United States • 1997 John R. Howell, United States • 1998 Alexander I. Leontiev, Russia • 1999 Adrian Bejan, United States • 2000 Vedat Arpaci, United States • 2006 Kwang-Tzu Yang, United States • 2007 Wen-Jei Yang, United States • 2008 Suhas Patankar, United States
• His many years of teaching, consulting, and writing resulted in contributions to the literature of the profession; nearly 500 books, articles, reviews and discussions，Elements of Heat Transfer and Insulation (1942) and Heat Transfer (1956);
空调舒适 性
策略验证
主要开发内容
主要开发内容
主要开发内容
ICE 热管理能量
ICE 能量
ICE 排放
ICE 动力能量
主要开发内容
• • • • •
阳光 人体 温差 电器 车身
主要开发内容
主要开发内容
新能源
主要开发内容
试验要求 档位 行驶速度/ 发动机转速 坡度 设计工况 怠速工况 设计要求 怠速转速 0% 设计要求 设计要求 （适用于极 端高温区域） 停走工况 设计要求 根据车定 0% 设计要求 设计要求 （适用于 域） 爬坡工况 设计要求 根据车定 设计要求 设计要求 设计要求 （适用于 域） 高速工况 设计要求 根据车定 0% 设计要求 设计要求 （适用于 域）
主要开发内容
PMV（Predicted Mean Vote） Factors in Human Comfort： • Metabolic rate (met): The energy generated from the human body • Clothing insulation: The amount of thermal insulation the person is wearing • Air temperature: Temperature of the air surrounding the occupant • Radiant temperature: The weighted average of all the temperatures from surfaces surrounding an occupant • Air velocity: Rate of air movement given distance over time • Relative humidity: Percentage of water vapor in the air
环境温度
极端高温区 极端高温区 极端高温区
确定极限设计工况
主要开发内容
工况 1 2 3 4 5 转速 工况1 工况2 工况3 工况4 750 3013 3325 2598 IDLE first gear & climbing 9% second gear & climbing 6% high speed max speed 转矩 29.90 72.68 88.59 151.92 燃油消耗率 362.60 273.52 272.86 277.59 车速 0 33 55 130 176 空燃比 1.00330 0.99838 0.99818 0.98112
• 实现温控以保持动力系统，乘员系统 在最佳的温度范围内工作，以达到经 济型，安全性和驾驶舒适性； • 采用系统化、模块化设计方法，将零 部件，子系统进行设计集成、制造集 成，组合为一个有效的实体整车环境 控制系统（ECS）。
主要开发内容
仿真分析 输入 ICE油耗 结构验证
新能源续 航里程
热管理 研发
汽车热管理系统原理与实践
一、热管理系统概述
分析，设计，开发与验证
汽车热管理系统概述 • 汽车热管理系统一百年历史回顾 • 热管理的主要开发内容（或性能设定项目） • 热管理基本数学方程 • 全球基本气候图 • 汽车热管理性能开发流程及设计标准 • 汽车热管理分析流程（包括1D及3D分析） • 案例项目一：空调制冷负荷，降温时间计 算 • 讨论答疑
历史回顾
radiation convection
STS107, 2001.5
protection conduction
历史回顾
protection
历史回顾
“自然热管理” （1903年Parkard）
历史回顾
“自然热管理”
历史回顾
• 1902年，美国工程师，威利斯开利 （ Willis Carrier）发明了沿用至今的 冷媒空调技术； • 1939年，通用的凯迪拉克推出了第一 款内置空调； • 1953年，为克莱斯勒在后备箱装了一 个系统，使用被称为R22制冷剂。
机舱，底 盘热管理 动力总 成热管 理
零件1 零件2 零件3 零件1 零件2 零件3 零件1 零件2 零件3
模块分 析 模块分 析 模块分 析 整 车 分 析 整 车 验 证
……
空调、采 暖
热管理性能开发流程
1、竞品性 能测试； 2、环境温 度，辐射 强度，运 行，储运 工况确认， 3、热管理 系统方案 冷 极冷
30-43
-21--33 -37--46 -51
0-1120
不计 不计 不计
14-44
趋于饱和 趋于饱和 趋于饱和
30-63
-25--33 -37--46 -51
5-44
趋于饱和 趋于饱和 趋于饱和
冷 极冷
全球基本气候图
全球基本气候图
科威特属热带沙漠型气候。夏季漫长，常刮西风，干燥，气温45℃，最 高52℃，沥青路面80℃；紫外线、紫外线B和红外线水平60%。冬季短暂， 最低气温可低至0℃，常刮南风，降雨量108毫米。春夏季多见沙尘暴。
主要开发内容
热: >50°C；1120W/m 冷：<-46°C
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主要开发内容