整车热平衡与全工况热负荷谱分析

课程大纲

• 能列全 BEV 乘用车的整车热源清单（其他动力形式的热源分支到 B2-01/B2-04/F 系/O 系），并按工况算出各自产热的量级与占比
• 能用能量守恒把产热、散热、蓄热三项闭合，判断系统是稳态受限还是瞬态受限
• 能把行驶/充电/驻车工况压成一张热负荷谱 bin 表，作为架构与换热器选型的输入
• 能分辨负荷谱里哪个 bin 该定为设计点、哪个只需保护性降额，并明确这个设计点是按 BOL（新车）还是 EOL（寿命末期）的能力定的
• 能用能量流闭合校核定位仿真或试验数据里的漏项——把闭合校核行写进热平衡计算表本身，作为每次改参数后自动重算的自检项

1. 热源清单与产热建模
   • 电池：不可逆极化热 + 可逆熵热（Bernardi 方程），随 SOC/倍率/温度变；前项严格式为 I(U_ocv−U)，工程上线性化近似成 I²·R_int，R_int 是欧姆+活化+浓差三种极化合并后的等效内阻、须按 (T, SOC, 脉冲宽度) 查表，低温段可差数倍（→ D1-01）
   • 电驱：损耗即产热 Q = P_in(1−η)，η 必须查效率 MAP 而非取峰值常数
   • 车载电源与高压配电（OBC/DCDC/PDU 母排与连接器/域控）：总量级小但热流密度高，是局部问题不是整车问题；但母排、接触器触点、熔断器、分流器与高压线束的损耗在超充大电流下不可略去（→ E3-02、E5-04），整车账上要与 B4-01 的漏项口径对齐——注意「电控」在本站指 MCU/逆变器（见 E4-01/B3-06），属电驱产热，不在这一类
   • 座舱：围护导热 + 太阳辐射 + 新风 + 人员代谢四项
   • 制冷系统自身：冷凝器要排的是「蒸发器吸的 + 压缩机功」｜本节边界：以上五类是 BEV 乘用车口径的热源全集——内燃机侧（缸体缸盖水套、排气、增压中冷、机油、变速箱油）见 F1-01/B2-01（混动、增程沿 B2-01→B2-02/B2-05 走），燃料电池侧（电堆、空压机、增湿器）见 B2-04/O1-01；摩擦制动热直接从制动盘散入大气、不进冷却液回路故不计入本账，见 F5-01
2. 散热能力侧：整车有几个出口
   • 前端模块（散热器/低温散热器/冷凝器）：ε-NTU 给出能力上限
   • 迎面风量随车速、AGS 开度、风扇转速变；怠速与低速是散热最难的点
   • 机舱自然对流与辐射、电池包壳体散热：能力账里量级小、只作余量；但驻车/热浸等无风工况下它是唯一通道（→ J2-05）。换个参考系还会换个身份——同一条路径在冬季采暖能量账里是热损（→ D3-03、B4-02 的 ∫Q_loss·dt），不过按 B4-02 的性价比排序它排在座舱采暖、热泵/余热回收之后，不是冬季第一主项
   • 空气侧串扰：层叠布置里后排换热器的进风已被前排加热｜本节边界：散热出口同样按 BEV 口径列——燃油/混动车最大的那个出口是排气管（热量不经任何换热器直接带走，见 F1-01、B2-01），FCEV 因电堆温度低、可用温差小，前端散热需求显著更大（见 B2-04、O3-01），本课均不含
3. 蓄热项与瞬态
   • m·c_p 的热惯性：电池包与冷却液是整车最大的两块「热容电池」
   • 稳态受限（长坡、长时间快充）与瞬态可扛（急加速、短时超充）的分野
   • 时间常数 τ 的估算：回答「不加大硬件能扛多久」
   • 热浸（soak）是负初始条件，不是稳态工况
4. 全工况热负荷谱
   • 工况维度：环境温度 × 车速/功率 × SOC × 空调档位 × 行驶/充电/驻车/对外放电；第四类「对外放电（驻车长时对外供电，V2L/V2V）」要在 bin 表里单独占一行——特征是功率低、时长长、执行器可能不使能（风扇/压缩机按驻车逻辑限功率甚至不启动），与「驻车热浸」不是一回事：热浸无产热、是负初始条件，对外放电是持续产热而散热被掐住
   • 用行驶循环（CLTC/WLTC）加真实用车数据做 bin 统计，得到时长权重；样本代表性决定权重可信度：采样车队构成偏了权重就偏了（只有联网车／只有高配车／地域集中／幸存者退网四类偏置），修法是按销量结构做事后分层加权（销量 × 地域 × 配置），且分层维度必须与负荷谱的 bin 维度对齐才加得上去
   • 负荷谱的两个读法：能量视角（谁耗电最多）与峰值视角（谁定尺寸）
   • 设计点 ≠ 最高负荷点：极低概率的极端点用降额保护而非堆硬件｜本节边界：本课热源清单与量级按乘用车口径列，N 类商用车与客车另有三项本课不含——缓速器（液力/电涡流）的持续制动热（P1-02）、发动机熄火后的驻车居住工况（P1-03）、大空间的新风与开门渗透占比重排（C6-03），入口见 P1-01
   • 环境条件侧要按销售区域正向取数，不是等车队数据攒够：目标销售区域清单一定，各气候区的温湿度、日照辐照、海拔与极端天气持续时长就都有来源——公开气象年数据（典型气象年 TMY / 多年逐时气象记录，逐时粒度）、区域售后与车队里程数据（月粒度、有上报滞后，修的是「开多少」不是「多热」）、经销商配置结构（车型年粒度，是分层加权里配置那一层的权重来源）。**温湿度必须取联合分布，不能拿两个边缘分布相乘**：东南亚 32℃/RH80% 与中东 45℃/RH15% 边缘上看只是「都热」，新风潜热占比却天差地别（焓湿图口径见 A2-04），相乘还会造出「45℃ 且 RH80%」这类当地根本不出现的格子、把极端 bin 权重顶虚。多市场平台交的是两份谱：按区域的一组谱（区域标定与法规验证用）+ 按销量结构加权的平台合成谱（平台级定尺寸用），两份都要留档；这里产出的低温里程占比与高温 bin 占比，正是 B1-06 做架构权衡时敏感性扫描的输入量
   • 设计点的第四个坐标是时间——除环温 × 车速/功率 × 负荷三个坐标外，还要答「按哪一年的能力定」：BOL（新车）还是 EOL（寿命末期）。EOL 定义点沿用 D1-04 的反推链（整车质保年限 + 里程 → 允许年均老化速率 → 要覆盖的末期状态）反推；定完有四条出路，评审时代价要一起摆：硬件留余量（成本/重量/迎风面积/全年能耗）、接受 EOL 降额（用户体验与口碑，须提前在标定与用户说明里交代）、控制侧补偿（提泵流量、降目标温度、AGS 提前介入，代价是寄生功、噪声与部件工作点变差，且补偿量有上限）、靠维护介入（换滤芯、清洗冷凝器、换冷却液，代价是服务成本且执行率不受控、不能当硬能力算）。A3-04 的「用干净芯体标定的 map 跑全生命周期，高温散热能力预测系统性乐观」与 D2-04 的「设计点用干净滤网、寿命末期才是设计点」不是部件个例，到整车尺度是通例（整车末期口径见 B1-07）
   • 这本谱与整车热平衡账的适用边界是「新车口径」：散热侧能力按洁净态芯体、名义制冷剂充注量、BOL 内阻取值，据此定出的前端面积、水泵流量与设计点在寿命末期不再成立；末期口径怎么重算、设计点最终按哪本账签字，见 B1-07。此条与上面的地域抽样偏置并列，同属「这本谱的适用边界」
5. 能量流闭合与交付物
   • 闭合校核：ΣQ_gen − ΣQ_rej − Σm·c_p·dT/dt ≈ 0，残差偏大就是有漏项；残差行必须与各热源的「取值来源」列并排（供应商/实测/仿真/待实测），残差异常时先查来源标「待实测」的那几格；表格化与自动重算见 Q3-01
   • 常见漏项：压缩机功、泵与风扇寄生功、管路散热、母排与线束损耗（与 B4-01 口径对齐，见 E3-02/E5-04）、附件负载——附件里点名车载冷藏箱/冰箱（多为半导体 TE 制冷，热端排热直接进座舱，是净增座舱负荷而非中性）
   • 交付物：热源—散热能力对照表 + 负荷谱 bin 表 + 设计点清单
   • 这张表怎么喂给 B1-03（工况定义）、B1-04（目标）与 B3（回路拓扑）

• 用电驱峰值效率算产热：高速大扭矩区效率低得多，产热能差近一倍，必须查 MAP
• 前端选型只算蒸发器负荷、漏掉压缩机功，冷凝器排热天生偏小
• 把热浸后的初始温度当稳态入口条件，pull-down 算得过于乐观
• 只看能量占比不看峰值：能量大头（长时间中等负荷）与尺寸决定者（短时极端负荷）常不是同一个 bin
• 电池熵热符号搞反：充放电方向不同熵热可正可负，低倍率下它不是可忽略的小项；判号规则——本课 I 以放电为正、多数体系 ∂U_ocv/∂T<0，故放电时该项放热、充电时该项吸热；数据源若用「充电为正」的 BMS 电流口径，整式要一起换元（I → −I），不能只翻熵热一个号

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