如何“多快好省”的进行电动车热管理（上）

引言

1.    系统简化

    汽车热管理工作，是指对一系列控制目标的温度、湿度等热力学参数进行调整的工作。其中对控制目标温度的调节，是最重要的一部分。基于系统工程特点，可以将其简化抽象为如下图所示的由热源（冷源）-传热介质-换热器-温控目标组成的“二级换热”系统。根据控温目标的状态，可以分为开口系统和闭口系统两类。

2.  基本假设及符号

有几个“怪”？

    为简化分析，设置如下前提及假设。
1.    热源/冷源功率恒定。
2.    忽略换热器及热源的质量及对应的热容。
3.    忽略介质同外界的热交换，且介质和温控目标温度均匀。
4.    温度变化过程中各部分热容不变。
5.    换热器换热能力，控温目标与环境的换热能力恒定。
6.    环境温度固定不变。

3.    热力学建模
汽车风阻开发的局限性

开口系统模型
依据能量守恒原理，开口系统控制方程如下：
 

求解该微分方程得：
 

对各温度函数求导数，得到其温度变化率得： 

闭口系统模型
依据能量守恒原理，闭口系统控制方程如下：
 

求解该微分方程组得：

 对各温度函数求导数，得到其温度变化率得：

4.    二级换热系统基本特性

        这些模型形式过于复杂，以蜗牛君的能力也需要借助图像来理解。
 

    上图所示，为基于典型的水暖PTC乘员舱采暖系统参数的计算结果。在加热模式下，“二级传热”系统中，传热介质的温度和传热目标的温度都为单调增函数，两者之间的主要区别在温升速度。
    传热介质的温升速度随时间单调降低；而温控目标的温升速度，为一条随时间的上凸下凹曲线。从定性上来看，温控目标温升速度上升的过程，主要同传热介质的热容有关。开口系统由于流体流动所引起的热负荷，同热传导的热负荷并没有区别。
    实际上，通过控制传热介质的热容、初始温度等参数，都可以对温控目标的温度变化过程产生影响。蜗牛君认为，详细的理解这些温度变化过程，是电动车热管理系统节能或提升其性能的基础。在本文的下半部分中，蜗牛君将结合具体的工程问题，分析一些具体的设计原则，敬请期待！

虽缓慢但坚韧，蜗牛君是汽车空气动力学专业知识的搬运工！

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路面车辆空气动力学