第五章：整車熱管理《汽車熱管理系統(tǒng)仿真分析與實(shí)例解析》5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)…………1305.1.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)構(gòu)型介紹………1305.1.2典型純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)建模與仿真………………14015.2混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)………1465.2.1混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)構(gòu)型介紹……………………1465.2.2典型混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)建模與仿真……………1513目錄

5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)

純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)的常規(guī)物理架構(gòu)包括電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)冷卻回路、電池溫控系統(tǒng)、空調(diào)制冷系統(tǒng)、座艙采暖系統(tǒng)等。

純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)從傳統(tǒng)燃油車熱管理系統(tǒng)衍生而來，主要變化包括兩方面：

一方面，電動(dòng)壓縮機(jī)替代傳統(tǒng)壓縮機(jī)，新增了電池冷卻板、電池冷卻器、PTC加熱器等部件；

另一方面，熱管理系統(tǒng)從單純的空調(diào)降溫延伸到電池包冷卻，從座艙采暖延伸到電池包加熱。純電動(dòng)汽車熱管理與燃油車熱管理主要差異5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)各熱管理子系統(tǒng)相互獨(dú)立各熱管理子系統(tǒng)耦合集成系統(tǒng)集成度低價(jià)電動(dòng)汽車/逐漸淘汰獨(dú)立液冷、PTC、單冷空調(diào)高度集成、熱泵、總成化國內(nèi)電動(dòng)汽車目前正處于第三代集成熱管理系統(tǒng)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段。第一代（風(fēng)冷）第二代（液冷）第三代（集成）下一代（儲(chǔ)熱）特斯拉集成熱管理模塊比亞迪集成熱管理模塊5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)獨(dú)立式：在新能源汽車發(fā)展初期，各系統(tǒng)的熱管理功能獨(dú)立：制冷采用傳統(tǒng)空調(diào)制冷系統(tǒng)，而采暖則采用高壓PTC加熱器。座艙熱管理方面由于最初新能源汽車的電池能量密度相對(duì)較低，電池溫控系統(tǒng)普遍采用自然風(fēng)冷和強(qiáng)制風(fēng)冷技術(shù)。隨著電池容量和能量密度的不斷提高，新能源汽車對(duì)于熱管理系統(tǒng)中的電池溫控模塊有了更高的需求，因此電池水冷系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。電池水冷系統(tǒng)主要包括電子水泵、換熱器、電池冷卻板、PTC加熱器、膨脹水壺等零部件。電池?zé)峁芾矸矫骐姍C(jī)冷卻多采用前端散熱器進(jìn)行散熱的冷卻方式。電機(jī)熱管理方面這樣的分散式熱管理系統(tǒng)部件眾多、體積和質(zhì)量較大、能耗高、成本高，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、容易控制。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)根據(jù)熱管理系統(tǒng)架構(gòu)與集成化程度，純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)發(fā)展可以歸納為三個(gè)階段：從單冷配合電加熱到熱泵配合電輔熱再到寬溫區(qū)熱泵與整車熱管理逐步耦合電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)逐漸朝著高度集成化、智能化的方向發(fā)展，在寬溫區(qū)、極端條件下的環(huán)境適應(yīng)能力逐漸提升，一體化全耦合熱管理也減少了能量浪費(fèi)。在傳統(tǒng)分散式熱管理系統(tǒng)中，電池、電機(jī)、電控?zé)峁芾硐到y(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)回路彼此獨(dú)立，能量利用不充分，系統(tǒng)集成度較低，管路復(fù)雜、零部件數(shù)量多、成本較高；集成式熱管理系統(tǒng)可以根據(jù)各部件的溫控需求，控制壓縮機(jī)、加熱器、閥體等部件的開啟或關(guān)閉，改變循環(huán)回路，減少能量的浪費(fèi)，控制復(fù)雜程度和難度也相應(yīng)提高。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)1.分散式熱管理系統(tǒng)純電動(dòng)汽車的空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油車空調(diào)系統(tǒng)工作原理類似，主要差異有2個(gè)：制冷系統(tǒng)中壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式；供暖系統(tǒng)中暖風(fēng)來源。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)1.分散式熱管理系統(tǒng)純電動(dòng)汽車在制冷系統(tǒng)上，僅用電動(dòng)壓縮機(jī)替代傳統(tǒng)壓縮機(jī)，并以動(dòng)力電池供能進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。主要包含電動(dòng)壓縮機(jī)、冷凝器、儲(chǔ)液罐、膨脹閥、蒸發(fā)器、冷卻風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)等零部件。供暖系統(tǒng)一般采用電加熱的PTC作為熱量來源，主要有PTC空氣加熱器和PTC水加熱器兩種方案。采用PTC空氣加熱器時(shí)，其直接取代了傳統(tǒng)燃油車上的暖風(fēng)芯體，冷空氣在流經(jīng)加熱器表面時(shí)被加熱，這種方案成本相對(duì)比較低廉，但PTC直接接入乘員艙內(nèi)存在一定的安全隱患風(fēng)險(xiǎn)。采用PTC水加熱器方案時(shí)，不僅保留了傳統(tǒng)空調(diào)的暖風(fēng)芯體同時(shí)外接一套PTC加熱循環(huán)回路，工作時(shí)，PTC加熱器先將防凍液進(jìn)行加熱，加熱后的防凍液流入暖風(fēng)芯體與冷空氣進(jìn)行換熱，整套回路安全性相對(duì)較高，但增加了PTC、水泵管路等零部件。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)新能源汽車電機(jī)電控系統(tǒng)的冷卻方式主要有風(fēng)冷和水冷兩種，早期的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率較小，采用風(fēng)冷較多，隨著電機(jī)功率的不斷加大，風(fēng)冷不能滿足散熱的需求，因此，目前車用電機(jī)電控的冷卻多采用水冷的方式。采用風(fēng)冷散熱的電機(jī)，通過風(fēng)扇產(chǎn)生足夠的風(fēng)量帶走電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的熱量，其介質(zhì)為電機(jī)周圍的空氣。風(fēng)冷的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單、電機(jī)冷卻成本較低，但是散熱效果和效率都不太好、工作可靠性差，并且對(duì)天氣和環(huán)境的要求也比較高。采用水冷散熱的電機(jī)，會(huì)將冷卻液通過管道和通路引入定子或轉(zhuǎn)子空心導(dǎo)體內(nèi)部，通過循環(huán)冷卻液不斷的流動(dòng)，帶走電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子產(chǎn)生的熱量。水冷的特點(diǎn)：散熱均勻、效率高、工作可靠性強(qiáng)、噪音也更小。只要保證了整個(gè)裝置能擁有良好的機(jī)械密封性，就可以在各種環(huán)境下使用。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)電控水冷系統(tǒng)與燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)十分相似，主要包括電動(dòng)水泵、散熱器、冷卻風(fēng)扇、膨脹水壺和管路等零部件。一般會(huì)根據(jù)車內(nèi)的電子功率件(如電機(jī)控制器、DCDC等)和電機(jī)的溫度特性進(jìn)行位置排布，并串聯(lián)在一個(gè)回路之中。冷卻液經(jīng)水套流動(dòng)帶走驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生熱量進(jìn)入水箱散熱器。散熱器與電子風(fēng)扇集成，電子風(fēng)扇加速水箱散熱，使冷卻液降溫，達(dá)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求的正常工作溫度。經(jīng)過散熱的冷卻液再次流經(jīng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，循環(huán)往復(fù)。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)電池的冷卻方式也經(jīng)歷了從風(fēng)冷到液冷的過程。風(fēng)冷可分為自然對(duì)流風(fēng)冷、強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)冷。由于動(dòng)力電池封裝在電池盒內(nèi)，自然對(duì)流無法及時(shí)散熱，因此實(shí)際應(yīng)用較少。強(qiáng)制風(fēng)冷利用風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)空氣進(jìn)行循環(huán)冷卻，可滿足電池低充放電倍率運(yùn)行時(shí)的降溫需求，是一種比較成熟的主動(dòng)式冷卻技術(shù)。由于風(fēng)冷結(jié)構(gòu)簡單、成本低、便于維護(hù)，因此在早期的新能源車型或成本受限的車型上得到廣泛應(yīng)用。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)電池的冷卻方式也經(jīng)歷了從風(fēng)冷到液冷的過程。液冷比風(fēng)冷效果更快，而且可以使電池組的溫度分布均勻，是目前主流的電池冷卻方式。液冷系統(tǒng)由水泵驅(qū)動(dòng)冷卻液在電池冷板和管路中流動(dòng)，從而帶走電池產(chǎn)生的熱量，并通過散熱器與空氣進(jìn)行熱交換散發(fā)到環(huán)境空氣中。近年來，為了更好的實(shí)現(xiàn)電池的溫控效果，采用空調(diào)對(duì)電池進(jìn)行制冷的方式逐漸普遍。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)2.集成式熱管理系統(tǒng)集成式熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5-2所示。電池回路和空調(diào)回路經(jīng)過Chiller進(jìn)行耦合：在低溫環(huán)境下，通過PTC加熱器對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行加熱，改善動(dòng)力電池的低溫性能；在高溫環(huán)境下，通過與空調(diào)系統(tǒng)交互的Chiller對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行冷卻，保證動(dòng)力電池的性能和使用壽命。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)

冷媒直冷方式充分利用整車空調(diào)系統(tǒng)中的制冷劑，將其引入電池內(nèi)部蒸發(fā)器中以達(dá)到冷卻電池目的。

應(yīng)用冷媒直冷技術(shù)的熱管理系統(tǒng)主要由以下部件組成：電動(dòng)壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥、管道等，電池與制冷劑直接換熱原理如圖5-3所示，比亞迪DM-i、寶馬i3等均采用這種設(shè)計(jì)。

冷媒直冷技術(shù)能夠提高換熱效率與換熱量，使電池內(nèi)部獲得更均勻的溫度分布，在減少二次回路的同時(shí)增大系統(tǒng)余熱回收量，進(jìn)而提高電池溫控性能；缺點(diǎn)是無法直接加熱，需要一套新的加熱系統(tǒng)。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)根據(jù)SAE研究，采用空調(diào)制冷和PTC制熱的能源消耗占整車能源消耗的33%，滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，新能源汽車?yán)m(xù)航里程將降低近50%。從熱力學(xué)角度看，PTC制熱的COP始終小于1，冬季使用PTC供熱時(shí)，耗電量較高，嚴(yán)重制約了電動(dòng)汽車的行續(xù)航里程。熱泵空調(diào)通過熱量搬運(yùn)制熱，效率遠(yuǎn)高于PTC。熱泵空調(diào)的原理是使用蒸氣壓縮循環(huán)利用環(huán)境中的低品位熱量進(jìn)行制熱，并通過閥件組合使空調(diào)的蒸發(fā)器和冷凝器功能對(duì)換，改變熱量轉(zhuǎn)移方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)冬天制熱的需求。其不使用電能直接制熱，本質(zhì)是熱量的搬運(yùn)，因此制熱的理論COP大于1。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)使用熱泵空調(diào)代替PTC滿足加熱需求時(shí)，能耗可以降低54%-79%，顯著增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。熱泵空調(diào)主要通過閥件、換熱器的組合等形式實(shí)現(xiàn)。新能源汽車的熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要由電動(dòng)壓縮機(jī)、換熱器、換向閥、電子膨脹閥等構(gòu)件組成，為了提高熱泵系統(tǒng)的性能，還可添加儲(chǔ)液干燥器、換熱器風(fēng)扇等輔助部件。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)傳統(tǒng)熱泵空調(diào)在高寒環(huán)境下制熱效率低、制熱量不足，面對(duì)嚴(yán)寒工況，傳統(tǒng)的氟利昂類熱泵制熱量驟減，制熱能力受限，難以滿足座艙供暖需求，制約了其應(yīng)用場(chǎng)景。因此，一系列提升熱泵空調(diào)在低溫工況下性能的方法得以開發(fā)應(yīng)用。PTC加熱器輔助熱泵可以提升低溫工況下的性能，因此進(jìn)一步衍生了熱泵空調(diào)+PTC加熱器的方案，以提升熱泵空調(diào)在低溫工況下的性能。熱泵空調(diào)在一定程度上解決了PTC加熱器能耗高的問題，而熱泵空調(diào)+PTC加熱器的方案又彌補(bǔ)了基礎(chǔ)熱泵空調(diào)在低溫工況下效率低的缺陷，提升了熱管理系統(tǒng)整體效率。新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是高效滿足座艙舒適性需求，并與三電系統(tǒng)的精確溫度管理進(jìn)行深度耦合，未來將朝著更加集成化的方向發(fā)展，進(jìn)一步提升效率、降低能耗。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)比亞迪海豚配備了集成的熱泵技術(shù)，并在刀片電池上面采用了直冷直熱技術(shù)，刀片電池上覆蓋直冷直熱板，以冷媒取代了傳統(tǒng)的冷卻液，直接對(duì)電池進(jìn)行冷卻和加熱（預(yù)留薄膜加熱）。從組成上看，這套系統(tǒng)主要包括電池直冷制冷（內(nèi)部直冷板）、電驅(qū)動(dòng)散熱（電機(jī)散熱器），所以整套系統(tǒng)圍繞制冷劑系統(tǒng)、冷卻液系統(tǒng)和冷卻液回路排氣管。制冷劑架構(gòu)復(fù)雜，電池直冷、直熱，系統(tǒng)中有6個(gè)電磁閥和3個(gè)電子膨脹閥。這個(gè)集成的閥體主要包括電池加熱、電池冷卻、空氣換熱、水源換熱、空調(diào)采暖、空調(diào)制冷。同時(shí)需要給乘員艙采暖和電池加熱時(shí)，熱泵空調(diào)系統(tǒng)開啟電動(dòng)壓縮機(jī)，吸收高壓系統(tǒng)余熱進(jìn)行冷媒直接采暖和電池加熱，必要時(shí)可以開啟HVAC總成的PTC風(fēng)加熱器。同時(shí)有乘員艙制冷及電池冷卻需求時(shí)，為保證乘員艙制冷及電池包的充電工作狀態(tài)，防止充電時(shí)電池溫度過高，限制其充電功率，利用熱泵空調(diào)系統(tǒng)對(duì)電池包及成員艙進(jìn)行冷媒直接冷卻。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)新能源汽車上的余熱回收技術(shù)是通過將驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電力電子產(chǎn)生的余熱用來給車輛電池包加熱，該方式相比于現(xiàn)有的電池包加熱方案，實(shí)現(xiàn)了余熱的回收利用，在一定程度上增加了車輛的續(xù)駛里程，提高了新能源汽車上的能量利用效率。通過合理增加二次換熱回路，在對(duì)動(dòng)力電池與電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻的同時(shí)，對(duì)其余熱進(jìn)行回收利用，以提高電動(dòng)汽車在低溫工況下的制熱量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，余熱回收式熱泵空調(diào)與傳統(tǒng)熱泵空調(diào)相比，制熱量顯著提升。各熱管理子系統(tǒng)耦合程度更深的余熱回收式熱泵以及集成化程度更高的整車熱管理系統(tǒng)在特斯拉ModelY、大眾ID4.CROZZ等車型上已得以應(yīng)用。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)目前，新能源汽車的余熱回收技術(shù)主要有兩種：一是高溫回路與電池包低溫回路通過Chiller進(jìn)行熱交換，即Chiller方式；二是利用多通道電磁閥控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)高溫回路與低溫回路的實(shí)時(shí)連通與切斷，通過高溫回路余熱直接加熱電池包，即直接加熱方式。圖5-7所示為某新能源汽車的熱管理系統(tǒng)架構(gòu)（Chiller方式）。該架構(gòu)包含電機(jī)高溫回路、電池包加熱回路、電池包冷卻回路、空調(diào)系統(tǒng)降溫回路、空調(diào)系統(tǒng)采暖回路、電機(jī)冷卻循環(huán)回路等。其中，座艙采用PTC加熱器進(jìn)行加熱；電機(jī)冷卻循環(huán)回路通過散熱器與環(huán)境進(jìn)行熱交換，或通過Chiller與電池包冷卻回路進(jìn)行熱交換，因此，電池包可通過余熱和PTC加熱器協(xié)調(diào)加熱。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)圖5-8所示為某新能源汽車的熱管理系統(tǒng)架構(gòu)（直接加熱方式）。該架構(gòu)包含由電機(jī)、MCU等組成的電機(jī)高溫回路，以及電池包加熱回路、電池包冷卻回路、空調(diào)系統(tǒng)降溫回路、空調(diào)系統(tǒng)采暖回路、電機(jī)冷卻循環(huán)回路等。其中，電機(jī)冷卻循環(huán)回路通過散熱器與環(huán)境進(jìn)行熱交換，或通過三通電磁閥與四通道電磁閥進(jìn)行回路切換，電機(jī)高溫回路與電池包冷卻回路相連通，因此電池包可通過電機(jī)高溫回路余熱和PTC加熱器協(xié)調(diào)進(jìn)行加熱。當(dāng)環(huán)境溫度更低，且余熱回收量更少時(shí)，僅通過余熱回收無法滿足低溫環(huán)境下的制熱需求，仍需要使用PTC加熱器來彌補(bǔ)上述情況下制熱量的不足。但隨著整車熱管理系統(tǒng)集成程度的逐漸提升，可以通過合理地增大電機(jī)發(fā)熱量的方式來增加余熱回收量，從而提高熱泵系統(tǒng)的制熱量與COP，避免了PTC加熱器的使用，在進(jìn)一步降低熱管理系統(tǒng)空間占用率的同時(shí)滿足純電動(dòng)汽車在低溫環(huán)境下的制熱需求。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)汽車熱管理從整車角度統(tǒng)籌車輛發(fā)動(dòng)機(jī)、空調(diào)、電池、電機(jī)等相關(guān)部件及子系統(tǒng)的匹配、優(yōu)化與控制，有效解決了整車熱管理問題，使得各功能模塊工作在處于最佳溫度區(qū)間，提高整車經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，從而保證車輛能安全行駛。隨著熱管理系統(tǒng)的發(fā)展，零部件數(shù)量隨之增加，作為該系統(tǒng)關(guān)鍵功能部件的熱管理集成模塊將相關(guān)零部件集成起來，通過車載計(jì)算機(jī)精確地控制各零部件的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，保障各系統(tǒng)安全有序、高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，極大提升了整車性能和可靠性，還節(jié)省了空間和成本，使得前艙整體更加標(biāo)準(zhǔn)化、美觀化。比亞迪e3.0平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了熱泵集成化，而不是單純對(duì)座艙空調(diào)系統(tǒng)、刀片電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)進(jìn)行簡單的整合。從設(shè)計(jì)思路上看，這套熱管理系統(tǒng)類似特斯拉集成化的閥島方案，閥島結(jié)構(gòu)（見圖5-9）對(duì)制冷劑回路大部分控制組件進(jìn)行了集成。從結(jié)構(gòu)上看，e3.0平臺(tái)架構(gòu)下的基于熱泵空調(diào)的一體化熱管理系統(tǒng)首先降低了能耗損失，不僅僅圍繞座艙和動(dòng)力電池進(jìn)行冷量與熱量的交互，而且在域控制層面由BYDOS操作系統(tǒng)控制，將冷量直接送至刀片電池和座艙，將熱量在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、座艙和刀片電池三者間進(jìn)行傳遞。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)特斯拉的熱管理技術(shù)是在不斷優(yōu)化的，按照時(shí)間序列和匹配車型，特斯拉汽車熱管理系統(tǒng)技術(shù)可以分為四代。第一代車型傳承于傳統(tǒng)燃油車熱管理的思路，各個(gè)熱管理回路相對(duì)獨(dú)立；第二代車型引入四通閥，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)回路與電池回路的串并聯(lián)，開始出現(xiàn)結(jié)構(gòu)集成；第三代Model3開始進(jìn)行統(tǒng)一的熱源管理，引入電機(jī)堵轉(zhuǎn)加熱，取消了水暖PTC加熱器，并采用了集成式儲(chǔ)液器，集成了冷卻回路，簡化了熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；第四代ModelY在結(jié)構(gòu)上采用高度集成的八通閥，對(duì)多個(gè)熱管理系統(tǒng)部件進(jìn)行集成，以實(shí)現(xiàn)熱管理系統(tǒng)工作模式的切換。從特斯拉車型的演變來看，其熱管理系統(tǒng)集成度在不斷提升。集成式儲(chǔ)液器設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了膨脹水壺與熱管理系統(tǒng)加熱與冷卻部件的高度集成。集成式儲(chǔ)液器的核心部件為冷卻液儲(chǔ)罐，該集成模塊還包含四通閥、電機(jī)水泵、電池水泵、Chiller、散熱器和執(zhí)行器等部件（見圖5-10）。在冷卻模式下，冷卻液在抽取至冷卻液儲(chǔ)罐中時(shí)，分別在兩條路徑上由Chiller和散熱器冷卻，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池和電機(jī)的循環(huán)冷卻。在加熱模式下，電池與功率電子管路切換成串聯(lián)回路，冷卻液進(jìn)入管理模塊、驅(qū)動(dòng)單元的油冷卻熱交換器吸收它們?cè)诠ぷ髦挟a(chǎn)生的熱量，最后經(jīng)過集成閥流經(jīng)Chiller對(duì)電池進(jìn)行加熱。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)第四代熱管理系統(tǒng)使用八通閥模塊（Octovalve）集成冷卻回路和制熱回路，實(shí)現(xiàn)整車熱管理集成化。八通閥的設(shè)計(jì)（見圖5-11）使能量效率提升、系統(tǒng)集成、成本降低，其打通了傳統(tǒng)熱泵空調(diào)系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)12種制熱模式和3種制冷模式，使用了八通閥的ModelY汽車相比于Model3汽車能量利用效率提高了10%。動(dòng)力系統(tǒng)電驅(qū)回路水冷冷凝器可以在冬天將三電系統(tǒng)余熱回收利用到熱泵空調(diào)系統(tǒng)中，為座艙服務(wù)。以壓縮機(jī)全功率工作代替PTC加熱器進(jìn)行制熱，解決了R134a制冷劑在-10℃以下無法實(shí)現(xiàn)熱泵功能的問題，將壓縮機(jī)一物多用，節(jié)省了零部件成本。高度集成化的設(shè)計(jì)縮短了零部件流道，降低了能耗，方便了裝配，同時(shí)可將OEM的裝配工序集中下放給Tier1供應(yīng)商，進(jìn)一步節(jié)省人工和生產(chǎn)線成本。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)圖5-12所示為ModelY熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，通過控制熱力膨脹閥開度、截止閥動(dòng)作來控制制冷劑的循環(huán)，通過控制八通閥的通斷來控制冷卻液的循環(huán)，整個(gè)控制系統(tǒng)非常復(fù)雜。當(dāng)座艙或者電池需要加熱，且外界環(huán)境溫度低于-10℃時(shí)，熱泵不會(huì)從環(huán)境中吸收熱量，只會(huì)將熱量從座艙轉(zhuǎn)移到電池中，或者從電池中轉(zhuǎn)移座艙，或者作為一個(gè)高壓PTC加熱器加熱座艙和電池。此時(shí)，高壓電池是唯一的熱源，要么加熱自己，要么加熱座艙。而當(dāng)環(huán)境溫度高于-10℃時(shí)，熱泵才開始展現(xiàn)出真正的作用，從環(huán)境中吸收熱量。5.1純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)純電動(dòng)汽車熱管理系統(tǒng)仿真實(shí)例AITherMa中的純電汽車熱管理系統(tǒng)建模結(jié)果模擬工況：環(huán)境溫度為20℃，運(yùn)行工況為2個(gè)NEDC循環(huán)環(huán)境溫度為20℃，2個(gè)NEDC循環(huán)工況下，汽車主要部件的溫度變化。在汽車行駛初始階段，水溫不斷上升，直至達(dá)到62℃后不再升高，而是反復(fù)在58～62℃波動(dòng)。電機(jī)出口水溫在環(huán)境溫度為20℃的條件下，座艙溫度隨著車速變化并在20℃附近波動(dòng)，處在一個(gè)舒適的溫度區(qū)間。座艙溫度基本維持在20℃左右。在NEDC工況開始階段，電池溫度因?yàn)闊彷椛浜涂諝獾臒釋?duì)流稍有下降；在NEDC、的郊區(qū)階段，整車需求功率增加，電池對(duì)外輸出功率和產(chǎn)熱功率隨之增加，電池溫度上升。電池溫度

電機(jī)出口水溫曲線動(dòng)力電池溫度曲線座艙溫度曲線5.2混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)混合動(dòng)力汽車可以分為輕度混合動(dòng)力汽車、中度混合動(dòng)汽車和重度混合動(dòng)力汽車，工作模式可以分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車又稱增程式混合動(dòng)力汽車，其發(fā)動(dòng)機(jī)主要用來為電池充電；并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)可以同時(shí)作為動(dòng)力源；混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車則綜合了兩者優(yōu)點(diǎn)，可以在串聯(lián)及并聯(lián)模式之間切換。5.2混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，各部件的散熱強(qiáng)度不同，熱管理系統(tǒng)的工作模式也不同。混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)、電機(jī)/電控冷卻子系統(tǒng)、變速箱冷卻子系統(tǒng)、電池冷卻子系統(tǒng)和空調(diào)子系統(tǒng)組成。其中，電機(jī)/電控冷卻子系統(tǒng)、空調(diào)子系統(tǒng)與純電動(dòng)汽車的類似，不同之處主要是，混合動(dòng)力汽車增加了發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)和變速箱冷卻子系統(tǒng)。動(dòng)力電池冷卻系統(tǒng)回路（電池回路）包含液液換熱器、Chiller、動(dòng)力電池水冷板、電子水泵等部件。其通過液液換熱器與空調(diào)采暖系統(tǒng)回路（暖通回路）耦合換熱，保證動(dòng)力電池的加熱需求；通過Chiller與空調(diào)制冷系統(tǒng)回路（空調(diào)回路）耦合換熱，保證動(dòng)力電池的制冷需求。空調(diào)制冷系統(tǒng)回路包含兩個(gè)并聯(lián)的制冷支路：一個(gè)支路為熱力膨脹閥和蒸發(fā)器總成，滿足座艙的制冷需求；另一個(gè)支路為電子膨脹閥和Chiller，滿足動(dòng)力電池的制冷需求。電機(jī)冷卻系統(tǒng)回路（電驅(qū)回路）是獨(dú)立于其他系統(tǒng)的冷卻回路，由低溫散熱器、電子水泵、電機(jī)控制器、電機(jī)等組成。某混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖5.2混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)混合動(dòng)力汽車相比于純電動(dòng)汽車，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)巨大的熱源，因此混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收相關(guān)研究相對(duì)較多。混合動(dòng)力汽車比傳統(tǒng)燃油車在發(fā)動(dòng)機(jī)余熱回收方面具有更大的潛力，因?yàn)榛旌蟿?dòng)力汽車有電機(jī)的加入，冷車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)升溫的過程更慢。利用余熱回收技術(shù)可使其發(fā)動(dòng)機(jī)的效率提高15%。EHRS，發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱再回收系統(tǒng)廢氣經(jīng)過換熱翅片通道與冷卻液產(chǎn)生熱量交換，對(duì)尾氣余熱以發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液為媒介進(jìn)行熱量再回收換熱翅片通道關(guān)閉，廢氣直接從旁通道經(jīng)排氣管排出，不與冷卻液產(chǎn)生熱量交換5.2混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)切換EHRS的工作模式的兩種方式：0201根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體流量。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)有很大的功率輸出需要時(shí)，就切換為旁通模式。閥門動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)：真空泵、電控馬達(dá)根據(jù)冷卻液溫度，如利用自適應(yīng)石蠟，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度達(dá)到一定值時(shí)，石蠟就會(huì)膨脹，把閥門推開，進(jìn)入余熱回收模式。5.2混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)eWHR，電動(dòng)廢熱回收系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱發(fā)電2條技術(shù)路線：二是采用朗肯循環(huán)推動(dòng)膨脹機(jī)發(fā)電。左圖為典型的朗肯循環(huán)。是采用塞貝克效應(yīng)的熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，利用半導(dǎo)體材料的溫差發(fā)電特性發(fā)電；一發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放管串聯(lián)蒸發(fā)器，蒸發(fā)的工質(zhì)氣體推動(dòng)活塞膨脹機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)輸出動(dòng)能進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)對(duì)尾氣熱量的回收再利用。回收之后的電能將接入車輛的48V電氣系統(tǒng)，用來驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，和發(fā)動(dòng)機(jī)一起組成混動(dòng)系統(tǒng)。混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)仿真實(shí)例混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)在AITherMa中的建模結(jié)果動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為串聯(lián)式構(gòu)型5.2混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)模擬工況：環(huán)境溫度-20℃、行駛工況為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)NEDC循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻液溫度曲線發(fā)電機(jī)溫度曲線電機(jī)溫度曲線由于NEDC循環(huán)工況的速度曲線為先低速行駛，后高速行駛，因此電機(jī)的溫升速率先慢后快。行駛時(shí)間約為800s時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)出口溫度升高速度加快，溫度超高80℃后，溫度曲線在80℃上方出現(xiàn)波動(dòng)。NEDC循環(huán)工況在800秒之后為郊區(qū)循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要增加輸出功率，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)熱功率同時(shí)增加。發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)在時(shí)間上是一致的。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)階段，發(fā)電機(jī)用來輔助發(fā)動(dòng)啟動(dòng)；用來帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。溫度曲線上，兩者也具有趨勢(shì)一致性。5.2混合動(dòng)力汽車熱管理系統(tǒng)電池溫度曲線座艙溫度曲線汽車啟動(dòng)后，座艙溫度不斷上升，約150s上升至0℃，約520s上升至15℃，隨后很快上升至目標(biāo)溫度20℃，并在目標(biāo)溫度區(qū)域附近合理波動(dòng)。時(shí)間至NEDC循環(huán)工況中的郊區(qū)階段時(shí)（800s），車速的突然增加，但是座艙溫度并沒有下降過多，在短暫的時(shí)間內(nèi)座艙溫度又重新調(diào)整到20℃。仿真條件設(shè)置環(huán)境溫度為-20℃，動(dòng)力電池需要加熱到目標(biāo)溫度附近，電池溫度曲線在不斷上升。在沒有發(fā)動(dòng)機(jī)余熱提供時(shí)，電加熱器通過加熱冷卻液為電池和座艙提供熱量。電池?fù)Q熱器和座艙換熱器屬于串聯(lián)模式，同時(shí)為了優(yōu)先保證乘員艙的熱舒適性，電池?fù)Q熱器處于座艙換熱器后面，因此電池溫升不是以最快的速度達(dá)到目標(biāo)溫度。第六章：AI技術(shù)與汽車熱管理《汽車熱管理系統(tǒng)仿真分析與實(shí)例解析

》導(dǎo)讀本章主要介紹AI技術(shù)理論、AI技術(shù)在汽車熱管理中的應(yīng)用場(chǎng)景及相關(guān)案例分析。1.6?AI技術(shù)理論1.6.1?流場(chǎng)預(yù)測(cè)前沿技術(shù)1、流形假設(shè)的意義：我們可以用較低維度的數(shù)據(jù)來表示高維數(shù)據(jù)，而不會(huì)失去太多信息。因此我們?cè)谧隽鲌?chǎng)或者其他物理場(chǎng)預(yù)測(cè)任務(wù)時(shí)，可以先利用降維技術(shù)將高維數(shù)據(jù)映射到低維的流形子空間上，再利用其低維表示來建立流場(chǎng)預(yù)測(cè)模型，即建立一個(gè)低維模型來近似原來復(fù)雜的高維問題。三維數(shù)值模擬的復(fù)雜度比較高，在實(shí)際應(yīng)用中一些高精度或者大規(guī)模的模擬，其網(wǎng)格數(shù)量可能達(dá)到百萬級(jí)甚至千萬級(jí)，流場(chǎng)解的維度更是網(wǎng)格維度的數(shù)倍。但在實(shí)際問題中，這些高維數(shù)據(jù)往往都存在于某些低維流形上；也就是說，它們可能只是高維空間中的一部分，并不占據(jù)整個(gè)空間。這種現(xiàn)象被稱為“流形假設(shè)”。2、高維數(shù)據(jù)降維：通常來說，降維問題都可以看作是一類特征學(xué)習(xí)問題，或者轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問題。具體來說，即根據(jù)一系列高維數(shù)據(jù)，找到一組最優(yōu)的低維子空間，使其最大程度地保留原高維數(shù)據(jù)的信息。3、模型降階：通過高效的降維技術(shù)，我們可以將原來高維的流場(chǎng)數(shù)據(jù)投影到低維的線性或者非線性空間，然后在低維空間建立輕量化的預(yù)測(cè)模型，從而達(dá)到快速預(yù)測(cè)的目的。一般來說，這種輕量化的模型可以通過將物理控制方程投影到低維流形上獲得，也可以通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式在低維流形上直接建立啟發(fā)式的模型。前者由于其清晰的物理意義，在傳統(tǒng)流場(chǎng)降階模型中被廣泛采用。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：由于三維數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)，尤其是在結(jié)構(gòu)化的笛卡爾網(wǎng)格下，其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)與圖像存儲(chǔ)非常類似，所以CNN技術(shù)在流場(chǎng)快速預(yù)測(cè)上也有很大的潛力。同時(shí)由于流場(chǎng)數(shù)據(jù)通常具有高維度和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特性，一般CNN還會(huì)和編碼解碼類型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一起使用：可以認(rèn)為通過encoder部分的卷積層對(duì)流場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和下采樣，然后再通過decoder部分的反卷積層將這些特征上采樣并解碼為流場(chǎng)預(yù)測(cè)。1.6?AI技術(shù)理論1.6.1?流場(chǎng)預(yù)測(cè)前沿技術(shù)圖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：GCN（GraphConvolutionalNetwork，圖卷積網(wǎng)絡(luò)）通過對(duì)每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)周圍的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行卷積操作，從而提取出局部的特征信息，并將這些特征信息傳遞到全局進(jìn)行最終的預(yù)測(cè)。相比于傳統(tǒng)的CNN，GCN更適合處理非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈兡軌蚋咝У靥幚砗屠霉?jié)點(diǎn)之間的拓?fù)溥B接關(guān)系。此外，GCN對(duì)于輸入輸出的維度沒有要求，在它們的維度改變時(shí)依然能夠保持較好的預(yù)測(cè)效果。這對(duì)于三維模擬中變幾何、變網(wǎng)格等工況來說，優(yōu)于絕大部分傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。1.6?AI技術(shù)理論1.6.1?流場(chǎng)預(yù)測(cè)前沿技術(shù)hop=1表示采樣與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)直接相連的節(jié)點(diǎn)；hop=2表示采樣與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)之間連接的邊數(shù)量小于2的節(jié)點(diǎn)1.6?AI技術(shù)理論1.6.1?流場(chǎng)預(yù)測(cè)前沿技術(shù)物理啟發(fā)式約束:物理啟發(fā)式網(wǎng)絡(luò)（Physics-InformedNeuralNetworks,PINNs），則將物理規(guī)律作為模型的先驗(yàn)約束嵌入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中去，在模型訓(xùn)練的過程中保持物理規(guī)律的一致性，從而提高模型的性能。PINN類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還可以將其他物理信息，如邊界條件、初始條件等一系列信息引入，具有非常高的靈活性和可擴(kuò)展性1.6?AI技術(shù)理論1.6.1?流場(chǎng)預(yù)測(cè)前沿技術(shù)電池?zé)岱抡妫含F(xiàn)有痛點(diǎn)電池包模組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模型處理困難；電池包網(wǎng)格量大，傳統(tǒng)的CFD方法進(jìn)行瞬態(tài)熱分析，計(jì)算量巨大；仿真工況多，需要進(jìn)行大量的仿真計(jì)算，對(duì)硬件的要求高，耗時(shí)長；傳統(tǒng)的CFD仿真不滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)分析效率的要求，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)整車熱管理策略的控制開發(fā)。電機(jī)熱仿真：現(xiàn)有方法優(yōu)缺點(diǎn)座艙熱仿真：現(xiàn)有痛點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算精度高，可以計(jì)算多節(jié)點(diǎn)溫度、可以考慮環(huán)境溫度影響；缺點(diǎn)：計(jì)算速度慢，需要輸入電磁損耗、機(jī)械損耗等信息，不能直接計(jì)算溫度及預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)的溫度空調(diào)工況復(fù)雜，不同鼓風(fēng)機(jī)檔位，不同制冷溫度

環(huán)境條件多變，高溫、低溫、濕度差異等；輻射模型計(jì)算，計(jì)算資源要求高；性能仿真瞬態(tài)計(jì)算，耗時(shí)長

座艙熱仿真：現(xiàn)有痛點(diǎn)算精度難以滿足要求

計(jì)算復(fù)雜度高內(nèi)存消耗過高高效處理超大規(guī)模系統(tǒng)的熱分析。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與自適應(yīng)熱管理AI模型可以通過傳感器的輸入數(shù)據(jù)快速預(yù)測(cè)完整的電池包全場(chǎng)溫度，從而指導(dǎo)熱管理系統(tǒng)根據(jù)不同的工作條件動(dòng)態(tài)調(diào)整熱管理策略。例如，在檢測(cè)到電池包全場(chǎng)溫度較高時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)增大冷卻強(qiáng)度；而在溫度較低時(shí)，系統(tǒng)可以減小冷卻功率以節(jié)省能源。異常檢測(cè)與故障診斷利用AI模型預(yù)測(cè)的完整電池包溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)，可以對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行異常檢測(cè)與故障診斷。相比于少量的獨(dú)立測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用較為完整的全場(chǎng)溫度結(jié)果，能夠更加高效地檢測(cè)電池系統(tǒng)中的異常溫升情況，預(yù)防熱失控事件。01021.6?AI技術(shù)理論1.6.2?技術(shù)在汽車熱管理中的應(yīng)用場(chǎng)景AI+電池?zé)岱抡妫簝?yōu)勢(shì)利用AI技術(shù)建立電池包溫度場(chǎng)的快速預(yù)測(cè)模型，可以輔助電池?zé)峁芾恚_(dá)到優(yōu)化熱管理策略的目的，實(shí)現(xiàn)較低的平均溫度和較為均勻的溫度分布，其具體應(yīng)用有以下方面。1.6?AI技術(shù)理論1.6.2?技術(shù)在汽車熱管理中的應(yīng)用場(chǎng)景AI+電機(jī)熱仿真：優(yōu)勢(shì)（1）快速設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化。AI技術(shù)利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以從大量的歷史仿真數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)、工況參數(shù)與電機(jī)散熱性能的映射關(guān)系。利用訓(xùn)練好的AI模型，可以對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行快速的優(yōu)化，從而規(guī)避傳統(tǒng)CFD仿真計(jì)算速度慢、計(jì)算資源消耗大等弊端。（2）實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)與未來趨勢(shì)預(yù)測(cè)。AI模型可以通過傳感器數(shù)據(jù)快速預(yù)測(cè)完整的電機(jī)溫度分布。同時(shí)，基于AI的時(shí)序降階模型可以預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)的溫度場(chǎng)變化，從而更好地反饋到熱管理系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)更加高效的電機(jī)溫度控制。（3）損傷預(yù)測(cè)和運(yùn)維管理。通過AI技術(shù)對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和分析，可以進(jìn)行損傷預(yù)測(cè)和壽命預(yù)測(cè)，指導(dǎo)電機(jī)的維修和保養(yǎng)，確保電機(jī)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，延長其使用壽命。1.6?AI技術(shù)理論1.6.2?技術(shù)在汽車熱管理中的應(yīng)用場(chǎng)景AI+座艙熱仿真：優(yōu)勢(shì)（1）智能空調(diào)控制系統(tǒng)。AI技術(shù)可以根據(jù)座艙內(nèi)外的溫度、濕度、人員數(shù)量等參數(shù)，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)座艙內(nèi)部的空氣溫度、濕度及人體表面的溫度分布。完整的溫度分布數(shù)據(jù)能夠指導(dǎo)空調(diào)系統(tǒng)調(diào)整工作狀態(tài)，以提供最佳的熱舒適性。這種智能控制系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整鼓風(fēng)機(jī)擋位和制冷溫度，以適應(yīng)不同的環(huán)境條件和乘員需求，提高座艙的熱舒適性。（2）個(gè)性化熱舒適性定制。由于座艙熱舒適性還涉及乘員的主觀感受，所以利用AI技術(shù)還可以通過乘員的反饋數(shù)據(jù)，分析乘員的偏好、乘車習(xí)慣等信息，為每位乘員提供個(gè)性化的熱舒適性體驗(yàn)，提高乘員滿意度。1.6?AI技術(shù)理論1.6.2?技術(shù)在汽車熱管理中的應(yīng)用場(chǎng)景AI+座艙熱仿真：優(yōu)勢(shì)（1）實(shí)時(shí)熱分析模型構(gòu)建。利用AI模型降階技術(shù)，通過大量的仿真數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可以構(gòu)建高精度的電控系統(tǒng)熱仿真模型。這些模型可以根據(jù)工況條件以及芯片當(dāng)前狀態(tài)，快速預(yù)測(cè)芯片的溫度分布，尤其是在瞬態(tài)熱分析中，大大減少計(jì)算時(shí)間，大幅提升仿真效率。（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)空間探索。傳統(tǒng)方法在進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化時(shí)，需要進(jìn)行大量的CFD仿真和計(jì)算。利用響應(yīng)速度較快的AI降階模型，設(shè)計(jì)工程師可以通過智能優(yōu)化算法，如遺傳算法、貝葉斯優(yōu)化算法等，在更短時(shí)間內(nèi)找到最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，從而有效地縮小設(shè)計(jì)空間，提高優(yōu)化效率。（3）多物理場(chǎng)協(xié)同仿真。集成電路的熱分析不僅涉及熱傳導(dǎo)，還涉及電學(xué)和力學(xué)等多物理場(chǎng)的耦合。AI技術(shù)可以整合不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，通過多物理場(chǎng)協(xié)同仿真模型，更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)芯片系統(tǒng)在復(fù)雜工作條件下的熱分布情況。1.6?AI技術(shù)理論1.6.3?技術(shù)在汽車熱管理中的應(yīng)用案例分析融入AI技術(shù)前后的仿真流程對(duì)比1.6?AI技術(shù)理論1.6.3?技術(shù)在汽車熱管理中的應(yīng)用案例分析采用穩(wěn)態(tài)不可壓物理模型進(jìn)行求解，湍流模型選用Standardk-esilon外加標(biāo)準(zhǔn)壁函數(shù)，計(jì)算域材料屬性為空氣。整個(gè)計(jì)算域包括2個(gè)假人模型，12個(gè)進(jìn)風(fēng)口，4個(gè)玻璃窗、1個(gè)天窗和一個(gè)擋風(fēng)玻璃。設(shè)計(jì)變量為進(jìn)風(fēng)口速度，樣本區(qū)間為0.1m/s到11m/s。1.6?AI技術(shù)理論1.6.3?技術(shù)在汽車熱管理中的應(yīng)用案例分析采用穩(wěn)態(tài)不可壓物理模型進(jìn)行求解，湍流模型選用Standardk-esilon外加標(biāo)準(zhǔn)壁函數(shù)，計(jì)算域材料屬性為空氣。整個(gè)計(jì)算域包括2個(gè)假人模型，12個(gè)進(jìn)風(fēng)口，4個(gè)玻璃窗、1個(gè)天窗和一個(gè)擋風(fēng)玻璃。設(shè)計(jì)變量為進(jìn)風(fēng)口速度，樣本區(qū)間為0.1m/s到11m/s。1.6?AI技術(shù)理論1.6.3?技術(shù)在汽車熱管理中的應(yīng)用案例分析在8核并行計(jì)算的前提下，CFD案例耗時(shí)1.5h，AI預(yù)測(cè)耗時(shí)為8s。下面在進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速為2m/s的情況下，對(duì)流場(chǎng)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。第七章：相關(guān)軟件技術(shù)展望《汽車熱管理系統(tǒng)仿真分析與實(shí)例解析

》導(dǎo)讀本章主要介紹了汽車熱管理系統(tǒng)建模與仿真軟件的技術(shù)趨勢(shì)，展望了云服務(wù)和大數(shù)據(jù)分析等前沿技術(shù)在汽車CAE領(lǐng)域的應(yīng)用前景，同時(shí)介紹了國內(nèi)自主可控的數(shù)字化仿真云平臺(tái)，包括其設(shè)計(jì)理念、技術(shù)架構(gòu)和功能模塊等。7.1?多學(xué)科系統(tǒng)仿真軟件技術(shù)展望現(xiàn)代汽車越來越成為一個(gè)復(fù)雜的多學(xué)科工程系統(tǒng)，大量的子系統(tǒng)和關(guān)鍵零部件在車輛中通過不同領(lǐng)域接口連接在一起，并在不同的時(shí)空尺度下產(chǎn)生復(fù)雜的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。使用單一仿真軟件很難囊括所有的零部件功能，因此，基于開放接口的聯(lián)合仿真技術(shù)將會(huì)在AITherMa等多學(xué)科系統(tǒng)仿真軟件中成為實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的零部件邊界仿真和更大規(guī)模的系統(tǒng)仿真的核心技術(shù)。基于開放接口的更大規(guī)模的多學(xué)科仿真基于開放接口的跨尺度聯(lián)合仿真開放的多學(xué)科和跨尺度聯(lián)合仿真技術(shù)模型降階技術(shù)實(shí)際工程數(shù)據(jù)建模融合人工智能技術(shù)與研發(fā)流程中各個(gè)需求層級(jí)的系統(tǒng)功能和行為進(jìn)行對(duì)應(yīng)，結(jié)合組件化和模塊化的方法，軟件可以在熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，以符合工程師認(rèn)知的形式組合出最優(yōu)的模型解決方案，并提供相應(yīng)的開放接口，幫助工程師更容易地描述系統(tǒng)的功能和行為。基于模型的設(shè)計(jì)優(yōu)化流程通過仿真優(yōu)化技術(shù)，模型在設(shè)計(jì)階段就可以通過大量的驗(yàn)證場(chǎng)景確定最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和集成方案。多參數(shù)、多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)，將仿真模型與實(shí)際的工程邊界結(jié)合，為多學(xué)科系統(tǒng)在多場(chǎng)景工程約束下進(jìn)行解決方案尋優(yōu)，極大地減少了實(shí)際集成驗(yàn)證所需的工時(shí)。通過模型管理和接口管理技術(shù)，各需求層級(jí)產(chǎn)生的各種高、低精度的仿真模型，可以通過同一個(gè)管理平臺(tái)進(jìn)行管理，作為數(shù)字資產(chǎn)在跨部門、跨供應(yīng)鏈的協(xié)作中流轉(zhuǎn)，從而通過基于模型的協(xié)作方式提高需求傳遞和集成設(shè)計(jì)的效率。行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域拓展生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域：可以利用軟件模擬人體內(nèi)的血液流動(dòng)，優(yōu)化醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)環(huán)境工程領(lǐng)域：可以利用軟件模擬大氣、水體的流動(dòng)，評(píng)估環(huán)境污染物的傳輸和擴(kuò)散新能源領(lǐng)域：可以利用軟件對(duì)如風(fēng)能、水能等可再生能源的設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行仿真，提高能源利用效率。集成人工智能技術(shù)一是提供智能設(shè)置推薦。軟件利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，從大量的仿真數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)模型特征、總結(jié)規(guī)律，從而推薦三維熱流體仿真模型的初始條件、邊界條件或者模型參數(shù)。智能設(shè)置推薦功能將提高建模效率和模型的準(zhǔn)確性，特別是在處理復(fù)雜問題或工程師缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的情況下，將顯著提高仿真效率。二是提供結(jié)果深度分析。軟件通過人工智能算法對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和模式識(shí)別，挖掘隱藏在數(shù)據(jù)背后的潛在模式和關(guān)聯(lián)性，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行深度分析，為用戶提供更詳細(xì)、更全面的仿真結(jié)果報(bào)告。

智能化網(wǎng)格生成和自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)更高級(jí)的幾何建模工具自適應(yīng)建模與網(wǎng)格劃分技術(shù)7.2?流體動(dòng)力學(xué)仿真軟件技術(shù)展望7.3?工業(yè)軟件輔助技術(shù)發(fā)展展望7.3.1?工業(yè)云平臺(tái)技術(shù)工業(yè)云平臺(tái)技術(shù)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和靈活的集成性，能為企業(yè)建立一個(gè)統(tǒng)一產(chǎn)品開發(fā)業(yè)務(wù)流程、研發(fā)數(shù)據(jù)及研發(fā)工具的管理平臺(tái)，包括軟件上云、線上協(xié)同及數(shù)據(jù)上云。該技術(shù)支持汽車研發(fā)設(shè)計(jì)全生命周期流程的云端管理，貫通從汽車設(shè)計(jì)、仿真到測(cè)試驗(yàn)證的所有環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)汽車研發(fā)仿真的全流程化集成和管理、數(shù)據(jù)共享和協(xié)同設(shè)計(jì)；不僅促進(jìn)了跨部門、跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)流動(dòng)和信息交流，提升了整體研發(fā)效率，而且保證了研發(fā)質(zhì)量，賦能整車企業(yè)和零部件廠商的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。7.3?工業(yè)軟件輔助技術(shù)發(fā)展展望7.3.1?工業(yè)云平臺(tái)技術(shù)數(shù)據(jù)上云線上協(xié)同軟件上云從單機(jī)軟件到云端軟件的轉(zhuǎn)變，成功解決了長期困擾企業(yè)的軟件孤島問題。將許可統(tǒng)一部署在云端，不僅可以實(shí)現(xiàn)軟件許可的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，更可以使軟件許可的自動(dòng)調(diào)配成為可能，極大地增強(qiáng)了靈活性，有效避免了資源閑置。從傳統(tǒng)的線下任務(wù)分配模式轉(zhuǎn)型為線上協(xié)同任務(wù)分配模式，是解決軟件人員孤島問題、提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作效率的關(guān)鍵步驟。通過智能化的任務(wù)分配系統(tǒng)，團(tuán)隊(duì)可以快速、準(zhǔn)確地根據(jù)成員的能力、工作量和項(xiàng)目需求，對(duì)任務(wù)進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)分配。系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)更新任務(wù)的狀態(tài)和進(jìn)度，每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員都可以隨時(shí)查看任務(wù)列表，了解當(dāng)前的工作進(jìn)度。數(shù)據(jù)管理從本地離線到線上統(tǒng)籌的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)成為解決軟件數(shù)據(jù)孤島問題的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)統(tǒng)一線上管理，極大地豐富了企業(yè)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。過去，數(shù)據(jù)散落在各個(gè)部門、各個(gè)團(tuán)隊(duì)的本地存儲(chǔ)中，難以形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖。而現(xiàn)在，所有數(shù)據(jù)都集中存儲(chǔ)在線上平臺(tái)，形成寶貴的數(shù)據(jù)財(cái)富。7.3?工業(yè)軟件輔助技術(shù)發(fā)展展望7.3.2?軟件云化技術(shù)軟件云化一般可采用云原生技術(shù)、虛擬可視化技術(shù)等云計(jì)算技術(shù)，與AI大模型相結(jié)合，建設(shè)超大規(guī)模的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心。軟件云化技術(shù)為操作簡單、遠(yuǎn)程可視化、輕量化、無感知的云端工業(yè)軟件的軟件服務(wù)提供了技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)了資源的高效調(diào)度和靈活分配，使企業(yè)可以按需獲取計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)資源，從而降低運(yùn)營成本，提高運(yùn)營效率。超大規(guī)模云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)正日益成熟，通過采用先進(jìn)的虛擬化技術(shù)和自動(dòng)化管理工具，實(shí)現(xiàn)資源的高效調(diào)度和靈活分配。這使得企業(yè)可以按需獲取計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源，從而降低IT成本，提高運(yùn)營效率。云原生技