【原创】2025年度主流新能源动力域热管理开发及控制策略

2025年度主流新能源

热管理技术是新能源的核心，热管理是保证整车舒适性最佳体验、动力域最好性能和完美功耗，也是未来新能源核心开发技术。

动力域热管理开发需求主要包括仿真需求、测试需求和控制策略，仿真技术体现了产品设计阶段风险规避、测试技术体现了产品量产化的充分验证、控制策略实现了整车、动力域、热管理模块最佳匹配和表现。热管理正向开发以基础数据库、1D/3D仿真、试验验证等为手段开展整车热管理性能目标的设定、匹配、优化提升、验证评价等工作，形成了仿真-试验-策略全局优化，如下图1。

一、热管理仿真

热管理包括：整车热管理、发动机热管理、电池热管理、电机热管理、控制器热管理等，范围包括整车、系统及零部件。如图2所示。

 根据上图的热管理系统整体原理图可以看出，主要分为四个大回路，电机电控等ECU部件的低温散热回路、发动机的高温散热回路、乘客舱采暖制冷回路和电池加热冷却回路（图示未画出三个水壶）。其中，GCU（发电机控制器）、ISG（启动发电一体机）与三合一和电机电控并联形成低温冷却回路，此处并联要优于串联，更有利于电机电控等ECU的热量控制；发动机总成与高温散热器串联形成高温散热回路；发动机总成、空调水泵、PTC、暖风芯体、三通阀等组成乘客舱采暖制冷回路，此处采用PTC与发动机串联，可以在发动机热机等特殊需求工况，同时采用PTC进行补偿热量；Chiller、液液换热器分别与动力电池总成、电池水泵串联形成电池加热、冷却回路，而电池加热与冷却回路中间通过三通阀进行切换。

    该热管理系统工作模式主要分为单独乘客舱加热（发动机或PTC）、单独电池加热（发动机或PTC）、乘客舱与电池联合加热（发动机或PTC）、单独乘客舱制冷、单独电池制冷、乘客舱与电池联合制冷。

单独乘客舱加热（PTC）水路循环走向为空调水泵→PTC→暖风芯体→液液换热器→三通阀2（b-c通）→空调水泵，此工作模式主要用于发动机水温较低或者发动机完全没有工作的场景。

单独乘客舱加热（发动机）水路循环走向为空调水泵→PTC（关闭状态）→暖风芯体→液液换热器→三通阀2（b-a通）→发动机总成（含水泵等回路附件）→空调水泵，此工作模式主要用于发动机水温满足采暖目标需求或者PTC故障或者动力电池总成电量很低的场景。

乘客舱与电池联合加热(发动机) 水路循环走向分别为如下：

空调水泵→PTC（关闭状态）→暖风芯体→液液换热器→三通阀2（b-a通）→发动机总成（含水泵等回路附件）→空调水泵；

电池水泵→动力电池总成→三通阀3（a-c通）→液液换热器→电池水泵。

此工作模主要用于乘客舱与电池均需要加热的场景。

乘客舱与电池联合制冷水路与冷媒循环走向分别为如下：

电动压缩机→冷凝器总成→截止阀→膨胀阀→蒸发器总成→电动压缩机；

电动压缩机→冷凝器总成→电磁膨胀阀（Chiller）→电动压缩机；

电池水泵→动力电池总成→三通阀3（a-b通）→Chiller→电池水泵。

此工作模主要用于乘客舱与电池均需要制冷的场景。

软件分类：一维软件，提供边界、总成分析；三维软件，详细零部件、系统分析；一维和三维耦合。一维分析工具:Wave、KULI、GT-Cool、AMESIM、FlowMaster；三维分析工具: StarCCM、Fluent 、VULCAN。

一维分析包括目标定义、总成、系统和零部件匹配选型以及热量温度分布评估；三维分析包括温度场分析、流场分析和速度场分析、体现出整车、系统以及部件3D细节信息展示，如下图3。

热管理仿真流程中实施仿真矩阵，一维、三维；流体、固体；工况、法规等等

进行多矩阵分析考虑，如下图4。

二、热管理试验

试验体系包括验证体系和评价体系。验证范围有整车级、系统级、零部件级和

材料级，评价终极实现乘员舱舒适性品质，如图5所示。

根据整车、系统和零部件热管理性能需求，需要进行相应工况试验，主要的性能验证包括空调性能、整车冷热害以及雨雪工况，如下表1。

三、热管理策略

针对某一车型热管理控制逻辑设计---热管理技术设计原则：依据当前整车功能定义、各系统需求、各零部件需求来编制；具备超温自保护功能：动力部件、功能部件、控制部件；热管理系统需求需要满足：各设计工况下零部件需求工作温度要求；空调系统匹配：满足乘员舱降温、采暖、除霜、除雾要求；满足电池降温；优先权：乘员舱优先；电池温度超过时，优先满足电池；整车热管理模型优化，设计合理的控制逻辑效率最优化，降低伺服能耗；PTC/发动机加热：优先电能使用PTC；SCO不足或电池功率不足，启动发动机，发动机提供电能同时给PACK加热（温度适宜，电池SOC满足后发动机根据需求确定工作与否）；热管理规范更新：项目进度、标定、仿真等反馈，适时修改更新。留存变更过程文件；热管理架构分类：HEV/PHEV；非极热/极热；某平台开发以某架构为基础，济宁其它结构加减法进行热管理架构延申。

实现整车热管理功能，热管理信号交互部件以及交互关系如下表2所示，在整

个热管理系统中各个控制模块根据需求和指令完成请求和接收动作。

下图6是对热管理交互关系（请求和接收）进行示意。

热管理域包括发动机热管理子系统、低温回路热管理子系统、电池热管理子系

统、驾驶室热管理子系统、驾驶室&电池协调子系统，共五个子系统，如下图7。HEV车型整车无需配置OBC，且HEV车型MCU和DCDC集成设计。

发动机冷却策略（无预热要求）。

3.1.1、风扇控制策略：

• 发动机高温风扇、风扇占空比、由ECU直接计算；

• AC-on，空调系统风扇占空比、请求由HCU计算（根据车速和空调压力计算出占空比）、HCU发送给ECM；

• 其它，部件风扇占空比、请求由相应控制器计算、发送给ECM。

*ECM对以上占空比比大，确定最终风扇占空比，控制风扇转速，风扇控制汇总如下表3。 

1）ECM风扇控制策略（发动机高温风扇）：

发动机高温风扇控制汇总如下表4。

2）AC风扇控制策略（空调风扇）

空调压力由AC单元进行监测，AC将压力信号发送给HCU，由HCU计算风扇占空比，并发送给ECM。

3.1.2、空调保护策略

①空调压力低于0.296MPa时,压缩机切断（+0.025MPa恢复）；②空调压力高于3.24MPa时,压缩机切断（-0.59MPa恢复）；③空调只受压力控制，必须同时满足吸合条件，压缩机方能吸合；压缩机切断仅受空调压力控制，不受发动机水温控制。如下表5。

温度值均以温度传感器为准；发动机水温高不切断空调，直接限制发动机扭矩输出，118度开始限扭，120度跛行；限扭后为保证车辆正常行驶驱动电机进行补偿；仪表显示。混动车型电池存在主动冷却需求是，不限制空调功率（不发dereating，要么normal，要么disable，空调可用功率低于1.5kW则HCU给AC发送disable，空调模式为fanonly模式，仪表不进行显示），如下表6。

发动机熄火后运行工况，为降低机舱热害及发动机熄火后缸体内局部水温过高的风险，需冷却风扇后运行，如下图8。

低温回路热管理子系统主要是实现OBC/DCDC、驱动电机、MCU、发电机的冷却功能。热管理冷却架构如下图9所示。

通过HCU检测：

• 低温回路冷却液温度

• OBC&DCDC本体温度（HEV车型只涉及DCDC）

• 发电机本体温度、驱动电机本体温度、驱动电机控制器本体温度

• 发电机控制器、P4电机、P4电机控制器及以上因素的温升速率

判定冷却水路的冷却需求。

执行电子水泵①和冷却风扇的控制策略（低温回路水泵①转速和风扇转速）。

目的在于确保各高压电器部件处于正常工作温度区间，避免影响整车安全性能、动力性能。

如下表7所示。

根据不同工况检测低温回路冷却液温度并计算温度变化率，温度变化率= ΔT / Δt  ，ΔT为2s（TBD）内的温度变化，Δt为2s（TBD），其中温度变化率每2s（TBD）计算一次，第一次计算之前温度变化率为0，温度变化率计算过后，再下一次计算之前保持上一次值，根据检测到的温度和计算到的温度变化率通过插值法查表得到一个占空比（插值所得占空比仅为冷却需求） 。低温回路水温如下表8所示。

冷却需求占比选配由风扇占空比和水泵占空比决定。

风扇冷却等级1：风扇占空比为10%；

风扇冷却等级2：以上低温回路水温得到冷却需求占空比，冷却需求占空比得到风扇占空比，控制风扇开启。

根据低温散热器出口冷却液温度（Sensor）及其变化率查表，当风扇占空比需求在50%以下时，风扇执行冷却等级一，即为10%，先使用水泵满足水流量需求，再使用风扇满足散热；

根据低温散热器出口冷却液温度（Sensor）及其变化率查表，当风扇占空比需求在60%以上时，查上表输出真实风扇占空比；

 平台冷却风扇采用PWM控制，则直接根据上表由PWM 风扇执行相应的风扇占空比信号。

四、小结

结合仿真分析技术、试验测试以及控制策略开发形成完善热管理规范化，各系统、零部件满足热管理要求前提下，得到最好的伺服能量消耗；基于整车角度对空调系统提出要求，主要目的保证乘员舱基本采暖、制冷和动力电池冷却；基于整车角度对发动机热管理系统、电机热管理系统、电池热管理系统提出要求，主要目的保证整车动力性；最好的整车热管理策略，实现最佳整车能耗。