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整车能量流与热量流协同分析

大纲的完整展开版——讲师授课蓝本 / 学员自学材料

B4-01 整车能量流与热量流协同分析

课程代码 B4-01 · 板块 B 整车热管理系统架构 / 能量流与整车能效 时长 约 4.0 小时(8 讲) 前置 A1-06 热阻网络法与集总参数建模;B1-01 整车热平衡与全工况热负荷谱;B2-03 纯电(BEV)整车热管理架构 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义,是 B4-01 大纲的完整展开版


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你手上的事 直接看 还要配
给一台车铺第一本能量流—热量流台账 第 1 讲 · 口径行五格与记账三栏:五格填满之前不许填数 第 3 讲(产热侧七类全集)+ 第 2 讲(稳态账还是瞬态账)
手上有一本闭不上、或闭得「太好」的账要找漏项 第 6 讲 6.4~6.6 · 假闭合机理 + 残差超带的四步排查顺序(⛔ 不从调模型开始) 第 1 讲 1.7(每路 ΔT 的温度平均口径)+ 第 2 讲 2.4(减速段三支)
评审一条「这股余热值得回收」判它成不成立 第 7 讲 · 温位 × 同时性 × 路径成本三格判定表,缺一格结论不成立 第 5 讲 5.3~5.5(㶲与温位两把尺子 + 温度层级图)
给一台增程/混动车做燃油侧那本账 第 4 讲 · 燃油化学能五路分流 + on/off 两态分段按 ξ_on 合并 第 6 讲 6.5(燃油族三条专有漏项)+ 第 8 讲(两族账怎么合并)
把台账交进架构评审,而不是交一句结论 第 8 讲 · 三张交付表的列定义与各自给谁 第 5 讲 5.5(温度层级图)+ 第 1 讲 1.4(交出去的表须带口径行)

⛔ 本课不覆盖—— 【栏一 · 不讲哪些题目】发动机冷却系统本体怎么设计(→ F1-01 发动机冷却系统设计(大小循环、节温器) / B2-01 燃油车热管理架构:发动机冷却 + 空调)· 余热回收架构怎么搭(→ B3-06 余热回收与多热源采暖架构(电机/电控/环境热))· 蓄热体选型、容量/功率解耦定容与「加不加硬件」(→ N4-03 车载蓄热与热量时移:蓄热体全集、容量/功率解耦定容与「加不加硬件」判据)· 座舱热负荷的逐项计算书(→ C1-06 乘用车座舱制冷负荷计算书:逐项取值、UA 标定与环境舱对账,本课台账上它只占一行汇总)· 电池产热机理与熵热系数标定(→ D1-01 动力电池产热机理与产热速率建模 / D4-01 快充产热与温升预测建模)· 摩擦制动热的产生与分配(→ F5-01 制动系统热管理与热衰退)· 测量链、传感器标定与不确定度合成(→ L7-01 测量技术:热电偶/红外/PIV/流量测量 / L7-03 试验数据分析与不确定度评估,本课只消费 σ_unc)· 燃料电池侧(→ B2-04 燃料电池(FCEV)热管理架构与大散热量挑战)· 㶲的严格推导与部件级㶲损分解(→ A5-07 热力学第二定律与㶲分析:熵产、三类不可逆的定量与部件级㶲损分解)· 能耗与续驶里程试验规程的执行细则与「申报数为何和自研数对不上」(→ 本课程体系另设的试验规程专课,该课暂无课号,按课名检索)。 【栏二 · ⛔ 真正不给的数】GB/T 38146 · GB/T 18386.1 · SAE J1634 · UN GTR No.15 四项的条款内容、限值与执行细则——本课只写它们各管什么、本课从它们那里取走了什么(工况谱与账的分母定义),版次一律写「以现行有效版本为准,引用前须核对原文」· 任何验收阈值(残差该收到多少算合格、温差目标、降额门槛)· 教学假设之外的具体产品参数:某台车的效率 MAP 曲面、COP 曲线、限充功率窗口 P_chg,lim 曲线、蓄热体参数(→ 向对应供应商要曲线,或按第 6 讲的三路互证(功率计/流量计/进出口温差)在自家台架上标定)。 ⚠ 与上面两栏不同的是平台相关量(整车电耗、R_int、前端散热能力、电控回路温位、12V 附件功率…):本课给典型参考区间与常见值锚点,并逐条注明它不是验收依据、以及你的平台该怎么把它测出来。

引言:一本能量流台账闭不闭得上,取决于口径,⛔ 不取决于模型精度

「仿真跟实测差一截」是热管理评审上出现频率最高的一句话。而在整车能量流这件事上,它十次里有七八次不是模型的问题——是两边根本不在同一道边界上记账:一边的「能耗」不含电驱与传动损耗(轮端口径),另一边含(电池高压母线出口口径);一边把 12V 鼓风机和电子水泵按零处理,另一边不;一边取新车效率 MAP,另一边取了一份带污垢裕度的设计值。这些差别都不会自己暴露,两张表看起来一样合法,于是所有人都去怀疑模型,然后花两周调一个本来就没错的参数。

本课交付的东西因此不是一个模型,而是一本可闭合、可复现、能喂给下游的账:谁产热、热去哪、哪些热还能再用一次,以及每一个数是按什么口径来的。

钉子①:口径不是一句话,它是一整行必填的表头

「控制体切在轮端」只是一句话,⛔ 不是口径。口径行有五格:控制体边界切在哪 · 高压账与 12V 低压账怎么合并 · 参数取 BOL 还是 EOL · 每一路 Q̇ = ṁ·c_p·ΔT 的 ΔT 取加权主流平均温度还是截面单点值 · 时间基是瞬时 kW 还是积分 kWh。五格缺任何一格,这张表上的数就不可复现——换一个人重算,取法不同就得到另一本账。

⇒ 落地成一条今天就能用的动作顺序:先把口径行五格填满 → 再让每一笔能量落进「正号(产热)/负号(吸热件,以负值登记在同一栏)/不进账(只记能量、⛔ 不记温度、⛔ 不进冷却液回路)」三栏之一 → 最后才让残差行自动重算。而当残差偏大时,⛔ 不许从头逐项复核模型:先回头查口径行那五格,再查「取值来源」列里标着「待实测」的那几格。第 6 讲会把这条顺序写死成四步,并说明为什么「动模型参数」必须排在最后一步。

这条钉子也解释了本课的讲次为什么把「边界与口径」整整放了一讲在最前面:五格里的每一格都会直接改写表上某几行的数,而它们一格都不会自己报错。

钉子②:「有余热」⛔ 不等于「余热可用」

可用性是三件事的交集,⛔ 不是其中任何一件单独成立:

  • 温位够不够——直供成立的条件是 T_src > T_sink + ΔT_app(ΔT_app ⛔ 不许取 0,取 0 等于假设无穷大换热面积);不够时不得就此判死,要继续问「它能不能当热泵的蒸发侧热源」,由蒸发温度的抬升量经 COP 曲线换算增益;
  • 时间上碰不碰得上——把热源与热需求铺在同一条时间轴上找交集(同时性矩阵);
  • 路径成本值不值——管路与接头、阀与泵、换热器、重量与布置空间、标定与控制复杂度,以及新增件自身的寄生功与失效模式。

三件里缺任何一件,正确动作都不是上硬件:温位不够而品位可用的走热泵取热路线;时间碰不上的先判要不要蓄热时移(补法归 N4-03 车载蓄热与热量时移:蓄热体全集、容量/功率解耦定容与「加不加硬件」判据,本课只负责把错配发现出来并留下「需移多久、移多少热、温位多少」三个数);路径成本不值的,写进「已评估、不做」并留一行理由——那一行理由的价值等同于一条正面结论,它让下一个人不必再评一遍。

⇒ 因此本课全程反复敲的是一条交付纪律:每报一条「这股余热值得回收」,必须同时报出三件各自的判定与依据。三件之一说不出,那句话就还没成立。

反钉子:「这股热的㶲很小 ⇒ 它不值得回收」——方向是反的

这是本课读者最容易读反的一条,而且它会让人做出方向相反的工程动作。㶲量的是做功能力,⛔ 不是供热价值。

⛔ 读者会做错的那个具体动作是:拿 Ex = Q̇(1 − T₀/T) 算一遍,看见电控低温回路(冷却液出口温位常见落在 35~55 ℃,多数平台在 45 ℃ 附近。⚠ 典型值,⛔ 不是验收依据;你的平台须实测确认——取整车热管理台架上该回路能稳定提供的出口温度,⛔ 不取局部最高点)与座舱排风的㶲只有其热量的百分之几,于是在架构评审上一笔划掉「电机电控余热接热泵蒸发侧」与「排风换热回收」这两条路线。而这两条恰恰是冬季续航最有效的两笔:它们不拿去做功,它们是去抬高热泵的蒸发温度,抬升的是 COP,收益落在压缩机电耗那一格上,与㶲值高低无关。

⚠ 更隐蔽的是第二层方向反:T₀ 是会移动的。读者往往固定取一个夏季环境温度算㶲,再拿这个结论去否决冬季的回收路线——而冬季 T₀ 低,同一股 45 ℃ 余热的卡诺因子 (1 − T₀/T) 反而更大。一个夏季口径下的「㶲小」,被搬去否决它在冬季的用途,方向错了两次。

⇒ 真相是:供热该比的是源温位 T_src 与汇的需求温位 T_sink + ΔT_app;㶲只回答「这股热能不能拿去做功」(温差发电、有机朗肯循环、发电)。两把尺子各有各的射程,⛔ 不许互相代用。第 5 讲会把「什么时候用㶲、什么时候改用温位判据」做成一个当场能判的入口问题。

同族的另外三条方向性误读,本课一并点破

① 「残差落进不确定度带 ⇒ 账闭合了、没有漏项」——反的。闭合是必要条件,⛔ 不是充分条件。若两路热流的 ΔT 一路取加权主流平均温度、一路取截面单点值,这两处偏差方向固定且相反,会互相抵消成一个很小的残差。读者会做的错动作是停止排查,把一本有两处口径错的账当成可交付件喂给下游架构权衡(B1-06 架构方案权衡:性能/成本/重量/可靠性多目标决策)。⇒ 破法写进判据本身:报残差时必须同时报出每一路 ΔT 的温度平均口径;口径行没填满时,残差数不许写进结论。

② 「减速段是能量回收,所以可以从账里整段扣掉(或者整段按正功率积分)」——两种做法都是反的。减速段必须分成三支同时入账:回馈进电池的那一支(受 BMS 限充功率窗口 P_chg,lim 封顶)· 窗口吃不下而由摩擦制动直排环境的那一支 Q̇_frict(进「不进账」栏,只记能量不记温度,链 F5-01 制动系统热管理与热衰退)· 传动与风阻滚阻照常耗散的那一支。少任何一支,Sankey 的残差都会带一个方向固定的缺口,而读者会去调电驱效率模型来「凑」残差——调错了对象。

③ 「12V 附件功率小,可以忽略」——反的,而且它是一条口径级漏账。鼓风机、电子水泵、冷却风扇、风门与水阀电机、热管理域控在空调工况下合起来是百瓦到千瓦量级(第 3 讲给典型区间与常见值锚点),且这笔电最终来自高压侧,要按 DC/DC 当前工作点的效率 η_DCDC 折算回去。整本低压账漏记时,残差缺口是单向的、随空调档位变化,看起来就像「电驱效率模型偏乐观」——读者据此去改电驱 MAP,把一个记账问题当成了建模问题。

⇒ 这三条与反钉子共享同一个形状:错在记账口径上的偏差,会伪装成建模精度问题,而伪装得越像,人越会去改那个本来没错的东西。

全课路线图:把「一本整车能量—热量账从记到交付」拆成六层

本课自建一个六层的核对顺序(⛔ 不是本课程体系既有的分类,⛔ 也不是任何标准的分类),每层各有自己的失效模式与判据,八讲逐层走:

  • L1 控制体与记账规则层(第 1 讲)——外边界五个面 + 内边界三选一、记账三栏、口径行五格。失效模式:边界没画就开始记账 ⇒ 同一份热被两处各记一次,或谁都不记。
  • L2 工况与时间轴层(第 2 讲)——行驶/充电/驻车/对外放电四族工况、稳态账与瞬态账、减速段三支分流、bin 权重与积分口径。失效模式:把「工况谱」理解成只有行驶循环 ⇒ 驻车热浸后的第一次上电与快充起始段这两个真实短板点整段不在账上。
  • L3 产热侧(第 3 讲讲电族七类、第 4 讲讲燃油/混动族)——按「热从哪儿来」切,⛔ 不按零件名切。失效模式:沿「高压电气链」一条线索枚举 ⇒ 减速器搅油那一支与 12V 那一整本账同时不出现,而清单看起来是完整的。
  • L4 热汇与品位层(第 5 讲)——热汇出口只有四类、品位三个维度(T_src · Ex · ΔT_app)、温度层级图。失效模式:把余量当主力算,或把前端层叠三件的能力算术相加。
  • L5 校核与漏项层(第 6 讲)——Sankey 画法、闭合判据 |δ_res| ≤ σ_unc、假闭合机理、漏项分项目级与口径级两类、四步排查顺序、三路互证。失效模式:只排项目级、不排口径级 ⇒ 残差能被调下去而账仍然是错的。
  • L6 消费层(第 7 讲判余热可用性、第 8 讲做交付与接口)——三个下游各拿走不同的列:架构权衡 B1-06 架构方案权衡:性能/成本/重量/可靠性多目标决策 拿热源—散热能力对照表与设计点、协同控制 B4-04 整车能量管理与热管理的协同优化 拿时间轴上的功率序列与可调量、余热统筹 N4-01 整车余热回收与热量统筹利用 拿温度层级图与同时性矩阵。失效模式:把整本账原样丢给下游 ⇒ 下游第一件事是重新判口径,本课等于白记。

⚠ 一句射程声明放在这里,免得你读到一半才发现:本课出的是账,⛔ 不是设计。「该不该做、依据是什么」归本课;「做成什么样」归被链到的那几门课。同样地,同时性矩阵只负责发现错配,⛔ 不负责补——这条分界在第 7 讲与第 8 讲各钉一次。

第 1 讲 边界与口径:控制体切在哪,这本账的分母就是什么

整车能量流—热量流台账做不出来,十次里有九次不是因为模型不够精,而是因为这本账没有表头。两个人算同一台车同一段路,一个说电耗 16.9 kWh/100km、一个说 15.6,两人都没算错——他们把控制体切在了不同的地方。等到有人把两张表拼进同一张桑基图,残差立刻超标,然后所有人开始怀疑电驱效率模型。

这一讲只做一件事:把表头定死。表头定死之后,后面七讲才有资格往格子里填数。

1.1 本课的射程:四条分界,四刀都不按零件名切

本课交付的是一本可闭合、可复现、能喂给下游的整车能量流—热量流台账。围绕它,本课教三件事:把边界切清楚、把每一笔能量记进正确的栏、让残差去指认漏项。

射程边界按四刀切,每一刀都要知道刀的另一侧归谁:

① 记账 vs 设计。本课出的是「该不该做、依据是什么」这一类输入,⛔ 不出设计方案。发动机冷却系统本体怎么设计,见 F1-01 发动机冷却系统设计(大小循环、节温器),那门课管大小循环与节温器;余热回收架构怎么搭、多热源怎么并进采暖,见 B3-06 余热回收与多热源采暖架构(电机/电控/环境热);蓄热体怎么选、容量与功率怎么解耦定容、到底加不加这块硬件,见 N4-03 车载蓄热与热量时移:蓄热体全集、容量/功率解耦定容与「加不加硬件」判据。本课给出的是它们的入口条件。

② 整车级 vs 部件级。凡是在本课台账上「占一行」的东西,它的逐项计算书都在别处:座舱热负荷的围护导热/太阳辐射/新风/人员代谢逐项取值与 UA 标定,见 C1-06 乘用车座舱制冷负荷计算书:逐项取值、UA 标定与环境舱对账;电池产热的机理与标定,见 D1-01 动力电池产热机理与产热速率建模 与 D4-01 快充产热与温升预测建模;测量链本身与不确定度合成,见 L7-01 测量技术:热电偶/红外/PIV/流量测量 与 L7-03 试验数据分析与不确定度评估。本课要的是那一行的数与它的口径,⛔ 不重做那份计算书——同一笔热在两门课各记一次,是跨课重复计入的主要来源。

③ 本课出账 vs 消费别人的数。工况谱与能耗账口径引 GB/T 38146(中国汽车行驶工况 CLTC)与 GB/T 18386.1(电动汽车能量消耗率与续驶里程试验方法);同类体系另有 SAE J1634 与 UN GTR No.15 两条去向。⚠ 本课只从它们那里取走两件:工况谱、能耗账口径,⛔ 不写任何条款内容、限值与执行细则;版次与实施安排一律以现行有效版本为准,引用前须核,⛔ 不在本课钉死年份。规程本身怎么执行(预处理与浸车、SOC 起点与充电收尾、空调开启状态与设定温度、辅件用电怎么计、短行程法与多循环法怎么选),以及「申报数为什么和自研数对不上」,见本课程体系中的能耗与续驶里程试验规程专课。燃油五路分流中前四路(缸内有效功/冷却液带走热/排气焓/摩擦与泵气损失)的量级口径引 B2-01 燃油车热管理架构:发动机冷却 + 空调 §1.1 的三分法与 F1-01 发动机冷却系统设计(大小循环、节温器)/F2-04 排气余热回收与热电利用,本课不另造数字;第 5 路附件驱动由本项目部件清单逐件给出(分路口径见 4.2、4.4)。

④ 发现错配 vs 补错配。本课的同时性矩阵只负责发现热源与热需求在时间轴上对不上,⛔ 不负责补——补法(蓄热时移)归 N4-03 车载蓄热与热量时移:蓄热体全集、容量/功率解耦定容与「加不加硬件」判据。

⚠ 四刀都不按零件名切,这是有意的。按零件名切会让读者形成一个错误印象:「凡是发热的件都归这门课」。它最典型的后果是拿一句「上更大的散热器」去回答一个记账问题——而真正的病因往往是某一路根本没进账。

⚠ 上列各课中凡目前只有课题规划、尚无讲义的,本课一律只写「见 [[X]],那门课管什么」,⛔ 不写「某课已给出某个数」。

本讲的产物是下面这张图右侧那张三栏表,以及横跨在它上方的那条口径行。现在先看一眼它长什么样,1.3 与 1.4 再逐格读它:

左侧四问决策链(跨没跨边界/改的是能量还是速度/热账还是功账/是否已含在别行净额里)把每一笔能量筛进右侧三栏表:正号栏、负号栏、不进账栏;三栏表上方横跨一条被切成五格的口径行(控制体边界、高低压两账合并方式、BOL/EOL、每路 ΔT 温度平均口径、时间基与能量基),左端注明五格填满前下面任何一格不许填数;被切出去的四个方框与不进账栏之间以细虚线相连。本图为定性示意,不代表任何平台的实际值,⛔ 不得据图读取任何数值。
图1 一笔能量的入账判据链与台账三栏:进不进账是用四问切的,⛔ 不是按「跟热管理有没有关系」切的;吸热件以负值登记在同一栏而不另开一栏;口径行五格位于所有数据行之上,是表头的一部分。本图为定性示意,不代表任何平台的实际值,⛔ 不得据图读取任何数值。

1.2 控制体的边界面全集:外边界五个面,内边界三选一

外边界是五个面,⛔ 不是一句「整车」:车体外表面 · 前端进出风面(含主动风门)· 充电枪界面 · 对外放电 V2L 插座界面 · 燃油加注口(燃油/混动族才有)。

写全这五个面不是形式主义。只写「切在轮端」而不写外边界,机舱自然对流散热与快充时充电枪线液冷带回桩端的那部分热就成了「不知去向」——它们要么被整条漏掉,要么在另一门课里被重复记一次。V2L 插座界面同理:对外放电时有一笔电能跨出边界,它既不是产热也不是行驶功,不声明这个面就没有它的位置。

内边界有三道,同一本账只能选一道,并写进口径行:

内边界 这本账的分母是什么 它对得上谁
轮端 完成这段路在车轮上做的功 道路功率与试验规程口径;P_road 天然是这道口径
电机轴 电机输出的机械能 电驱总成效率 MAP 的输入输出定义
电池高压母线出口 电池放出的电能 整车电耗账读者真正关心的那个分母

同一段路、同一台车,三道口径给出的「能耗」差一截:轮端口径里不含电驱链损耗与传动损耗,电机轴口径里不含逆变器损耗,母线出口口径才是「这一趟掉了多少电」。把三者混在一张表里,再精的模型也对不上。

这里把 P_road 一并定义清楚,因为它是轮端那道口径的语言:

P_road = (½ρC_dAv² + mgf·cosθ + mg·sinθ + δma)·v

其中 C_dA 是风阻系数与迎风面积之积——本课一律作为一个整体量取用,⛔ 不拆成 C_d 与 A 两个数各自取值,因为拆开后不同来源给的参考面积定义常常不同,拆一次就引入一处不可复现;f 是滚动阻力系数(无量纲),随车速、胎压、载荷与路面变化,本课台账取工况段内的等效常值并在口径行声明;θ 是道路坡角,上坡为正;δ 是旋转质量换算系数(无量纲,δ > 1),它把车轮、传动轴、电机转子的转动惯量折算成等效平动质量的倍数——本课程体系给出这一项时常只给符号不给口径,这里补齐:它只在有加减速(a ≠ 0)时进账,等速段该项为零。

⚠ P_road 是有符号的:驱动段为正、减速段为负。取负时⛔ 不许整段按正值积分——减速段要分成三支分别入账,那是第 2 讲的内容,这里先记住这个符号约定。

乘用车侧向简化剖面,粗虚线圈出控制体外边界并在五处开断口标注:车体外表面、前端进出风面(主动风门画成可开合百叶)、充电枪界面、V2L 插座界面、燃油加注口(注「燃油/混动族才有」);车内画出前端冷却模块、电驱总成、电池包、座舱、12V 配电盒;三条不同线型的细竖线标出轮端、电机轴、电池高压母线出口三道内边界,各引短线说明该口径下账的分母;右下角方框注明本课主线口径为电池高压母线出口。本图为定性示意图,车身与部件位置不按比例,⛔ 不得据图取值或据图判断布置可行性。
图2 控制体的边界面全集:外边界是五个面而不是一句「整车」;内边界三道、同一本账只能选一道,选它的理由是「这本账的分母是什么」;前端进出风面画成可开合的主动风门,提示它的通流面积本身是可变量。本图为定性示意图,车身与部件位置不按比例,⛔ 不得据图取值或据图判断布置可行性。

一个能带走的算例(教学假设值,⛔ 不对应任何平台、⛔ 不得取用):一台中型 BEV SUV,整备质量 2100 kg、C_dA = 0.78 m²、f = 0.010、δ = 1.04;空气取 101.325 kPa、25 ℃ 下 ρ = 1.18 kg/m³(由干空气状态方程 ρ = p/(R_a·T)、R_a = 287.05 J/(kg·K) 现算),重力加速度取国际计量约定的标准值 g = 9.80665 m/s²。全课算例统一用这一组参数。

100 km/h 等速平路(v = 27.78 m/s、a = 0、θ = 0):

  • 风阻 ½ρC_dAv² = 355 N,滚阻 mgf = 206 N,合计 561 N;
  • 轮端口径:P_road = 561 × 27.78 = 15.6 kW;
  • 母线出口口径:把它除以电驱链在该工作点的效率。乘用车电驱总成(逆变器+电机+减速器)的峰值效率典型落在 92~96%(⚠ 典型值,⛔ 不是验收依据;⚠ 本项目未取得可核出处,它来自行业工程实践的常见范围,⛔ 不是任何标准的条款数据;→ 拿到它的路:向电驱供应商要台架实测效率 MAP,或按转鼓实测数据反解),等速高速正落在这一带,于是母线口径约 16.2~16.9 kW。

⇒ 两道口径之间那 0.65~1.4 kW 的差,就是电驱链在这一工作点的产热。这是本讲第一条今天就能用的结论:口径差不是记账细节,它本身就是一笔热——你换一道内边界,等于把这笔热从「账外」搬到「账内」。所以「仿真和实测差了 1 kW」这句话,在两边口径没对齐之前不成立。

⚠ 换到 CLTC 城市段,电驱链整体效率常落到 75~88%(同样是典型区间,⛔ 不是验收依据,来源与拿到它的路同上)——低速小扭矩区离高效带很远。峰值效率 ≠ 全工况效率,这是第 3 讲要展开的那条易错点,这里只提示:上面那次除法只在等速高速这一个工作点成立。

1.3 记账三类与四问判据链:任何一笔能量必须落进三栏之一

台账只有三栏,每一笔能量必须落进其中之一:

正号用户(产热件),进收入栏,登记为正值。

负号用户(吸热件)——燃气车的气化器、低温预热、相变蓄热体的吸热段——以负值登记在同一栏,⛔ 不另开一栏。为什么要挤在同一栏?因为整车热平衡式是

ΣQ̇_gen = ΣQ̇_rej + Q̇_sto

其中 Q̇_gen 是该控制体的产热合计(收入栏)、Q̇_rej 是该控制体的散热合计(支出栏,=前端冷却模块+机舱与壳体散热+随介质离开整车的热+制动盘直排)、Q̇_sto 是蓄热项 = Σ m_i·c_p,i·dT_i/dt,对参与蓄热的每一块质量求和。Q̇_sto 有符号:升温为正(热被存进去了,账上是一笔支出)、降温为负。吸热件以负值并进 Q̇_gen,这条式子在有吸热件时仍然原样成立;另开一栏则式子要多一项,而迟早有人忘了加它。

⚠ Q̇_gen 的射程随控制体走:本讲用在整车上时它是整车产热合计;用在某个部件或某条回路上时它是那个控制体的产热合计,且必须与同式其余各项取自同一个控制体。

不进账(⚠ 这里的「不进账」=⛔ 不进任何冷却液回路的账,⛔ 不是「不写数」):摩擦制动热是典型代表——它由制动盘直排大气,不经过任何冷却液回路。规则是只记能量、⛔ 不记温度,也⛔ 不参与后面的温度层级图排队;在表上占一行,写出它的能量值与去向(热的产生与在制动系统内的分配见 F5-01 制动系统热管理与热衰退)。⚠ 「只记能量」这一条要连到整车热平衡式上读:这笔热以能量形式计入 Q̇_rej 的「制动盘直排」那一项(关键公式第 4 式),⛔ 不许因为它叫「不进账」就在求和时漏掉它——漏掉它,减速段的支出端会虚低。

判一笔能量落到哪一栏,用四问判据链,⛔ 不凭印象(图1 左侧那一条就是它):

  1. 它跨没跨过我声明的边界?(就是 1.2 那五个面)——没跨过,不在本控制体内,只写去向;
  2. 它改变的是「完成同一段路要多少能量」,还是「完成得多快」?——后者是性能与降额问题,另账;
  3. 它进的是热账还是功账?——功账的记在输出端(行驶功),⛔ 不混进产热栏;
  4. 它是不是已经含在别行的实测净额里了?——是,就⛔ 不单独成行,否则重复计入。

⚠ 第四问最容易被跳过,而它正是从别人的报告里摘一行数进自己表时出事的地方:对方给的常常是某个净额,你再把它的一个分项单独加一行,这笔能量就被记了一遍半。

两条易错:把吸热件另开一栏 ⇒ 平衡式与表结构脱钩;把摩擦制动热当成「负产热」从产热栏里扣掉 ⇒ 减速段的账当场错两笔(它既不该进产热栏,也不该从任何一栏里扣)。

1.4 口径行五格:缺任何一格不许往下填数

口径行不是一句话,是一整行五格,横跨在所有数据行之上:

格 要写清什么
① 控制体边界 外边界五个面 + 选定的那道内边界(三选一)
② 高压账与 12V 低压账怎么合并 折算效率取哪个工作点、DC/DC 额定容量封顶多少
③ 参数取 BOL 还是 EOL 见 1.6
④ 每一路 ΔT 的温度平均口径 加权主流平均温度,还是截面单点值(见 1.7)
⑤ 时间基与能量基 哪些行是 kW 瞬时值、哪些行是 kWh 积分值、积分区间是哪一段(见 1.5)

为什么要把它做成强制表头:这五格里的每一格都会直接改写表上某几行的数,而它们都不会自己暴露。换一个人重算,五格取法不同就得到另一本账——而两本账看起来一样合法,一样有单位,一样能画出桑基图。口径行的作用是让这本账可复现,⛔ 不是形式主义。

⚠ 这五格的划分是本课自建的交付格式,⛔ 不是任何标准或试验规程的要求——正文这样写明,是为了让你在评审里不会把它当成外部强制项去引用。

典型的错法是把口径写成一句「CLTC 工况、25 ℃」。这一句里同时藏着五个未声明量:内边界切在哪、两账怎么合并、BOL 还是 EOL、每路 ΔT 怎么取、哪些行是瞬时哪些行是积分。

⇒ 今天就能用的动作顺序:先把口径行五格填满 → 再让每一笔能量按四问落进三栏之一 → 最后才让残差行自动重算。残差偏大时,⛔ 不许从头逐项复核模型,先回头查这五格,和「取值来源」列里标着「待实测」的那几格。

1.5 时间基与能量基:kW 与 kWh ⛔ 不许混着填

台账上有两类行,它们长得一样却不是一回事:

  • 瞬时功率行(kW)——回答「这一刻热流多大、散热器扛不扛得住」;
  • 积分能量行(kWh 或 kWh/100km)——回答「这一段路一共花了多少、续航掉了多少」。

规则:每一行强制标注它属于哪一类,积分行还要标出积分区间。E_in 是台账的输入能量(工况段内积分)——BEV 为电池放出的电能(加上外部补能),燃油/混动族另加燃油化学能;E_out 是某一条支出路径在同一区间内的积分能量。这两个量按定义就是积分量,⛔ 不许拿一个 kW 数直接填进去。

为什么要强制:散热硬件按峰值功率选型,续航与能耗结论按积分能量算。把一条 3 kW 的峰值热流写进一张 kWh 的表里,既选不出硬件也算不出能耗,而不会有任何一处报错——量纲检查也查不出来,因为你手动换算过一次,数字看着挺合理。

两条易错:① 把「平均功率 × 时长」当成积分值——只有在该段内功率近似常值时才成立,减速段与座舱降温的 pull-down 段都不满足;② 把不同长度工况段的 kWh 直接相加,而没有折算到同一里程或同一时长基准上。

1.6 寿命口径:本课台账一律取 BOL,且这一格与「控制体切在哪」同等强制

本课台账的产热与散热参数一律取新车(BOL)值,覆盖五件:效率 MAP、换热器洁净态 UA、冷媒名义充注量、TIM 初装接触热阻、电池 BOL 内阻。

为什么要把它抬到与「控制体切在哪」并列的强制格:寿命末期这五件都会变差,而它们变差的速率不同 ⇒ 短板环节会迁移。一台新车上短板可能是前端散热,到末期可能变成电池内阻上升带来的产热增加——两本账指认出的架构动作不是同一个。把两套参数混在一张表里,得到的是一本谁也对不上的账。

各件的衰减幅度是平台相关量,本课⛔ 不给数:寿命末期的账与末期设计点见 B1-07 整车热量账与能耗账的寿命末期口径:EOL 参数重算与末期设计点,衰减机理见 A3-04 污垢、结霜与传热衰减机理。

⚠ 最常见的不是漏声明,而是声明了却没逐件对齐:口径行上写着「BOL」,效率 MAP 确实用了新车的,换热器 UA 却顺手用了带污垢裕度的设计值——那是半本 BOL 半本 EOL。⇒ 可执行的做法:把这五件在口径行②③格旁边各占一格逐件打勾,⛔ 不写一个笼统的「BOL」了事。

1.7 温度平均口径:这是「假闭合」的种子,它在这一讲埋下

凡是由 Q̇ = ṁ·c_p·ΔT 入账的热流,它的 ΔT 怎么取,必须逐路在台账的口径列声明。(ṁ 是该路的质量流量,逐路标明介质是冷却液、空气还是冷媒;c_p 是该路介质的定压比热,取该路平均温度下的值并在表上标出取值温度——本课冷却液算例统一取 50/50 乙二醇水溶液在 50 ℃ 下的值,c_p ≈ 3.4 kJ/(kg·K),来源为载冷剂物性手册级数据,正文引用时须写出所用手册或物性库名称,⛔ 不挂到任何标准号上。)

两种取法:

  • 加权主流平均温度:按各支流的质量流量加权得到的混合平均温度——本课的默认口径;
  • 截面单点值:一支温度传感器在某个截面上读到的那一个数——只允许在「单支路 + 无汇流 + 无分层」三条同时成立时使用,且必须当场标注。

为什么这条要抬成红线:在多支路汇流处与有分层的回路上,单点值给出的偏差方向是固定的——传感器总是装在某个具体位置,靠近某一支或靠近壁面。于是两路各带一个方向相反的固定偏差,结账时它们互相抵消成一个很小的残差。⇒ 一本分项全错的账,在总账上看起来闭合了。这就是本课要点名的「假闭合」,它的机理图与破法在第 6 讲结账那一讲给出;这里你只需要知道:种子是在第 1 讲埋下的,埋下的方式就是口径行第④格没填。

偏差幅度取决于分层程度与传感器位置,是平台与安装相关量,本课⛔ 不给数——量它的方法见 L7-01 测量技术:热电偶/红外/PIV/流量测量,那门课管测量技术与传感器安装。

两条易错:① 以为「用的是实测值就没有口径问题」——实测值恰恰是口径问题最集中的地方,因为传感器位置是硬件事实,你只能声明它、不能假装它不存在;② 只在第一次建表时声明一次,后续新增的行不再声明。

1.8 三道内边界的换算:另开一列,⛔ 不在同一列里换口径

本课主线台账的分母是电池高压母线出口放出的电能。需要与试验规程对账时,另开一列换算到轮端:

轮端功率 = 母线功率 × η_逆变 × η_电机 × η_减速器

(η 指该部件在当前工作点的效率,一律从效率 MAP 上按转速 × 扭矩或电压 × 电流查得;它的取值纪律与「为什么不许用铭牌峰值」在第 3 讲展开。)折算逐工作点做,⛔ 不用一个常数效率乘到底。⛔ 本课不给某个平台的具体效率数。

为什么必须另开一列而不是在原列里换:GB/T 18386.1 那一族规程的能耗账口径是从电网侧或电池侧定义的,而仿真模型与 P_road 天然是轮端口径。两边不在同一道边界上时,「仿真与实测差一截」这句话本身没有意义——差的可能全部是口径。上面 1.2 那个算例里 0.65~1.4 kW 的差,就是一次现成的演示。

最常见的出事方式:在同一列里「有时用轮端有时用母线」,而它通常发生在从别人的报告里摘一行数进自己表的时候——对方的表头你没看,或者对方的表头根本就没写。

⇒ 可执行的防线:台账每一行强制带两列——「取值来源」(按实测/MAP 查得/典型区间/待实测四类填,并标置信度)与「该行是哪道口径」。这两列加起来只多花几分钟,却是后面第 6 讲残差排查时第一步和第二步要读的东西;没有这两列,残差超带时你只能从头复核模型——那正是最贵、最不该先做的那一步。

本讲小结:这本账闭不闭得上,取决于口径,⛔ 不取决于模型精度。口径不是一句「控制体切在轮端」,它是一整行五格的表头——控制体边界(外边界五个面 + 内边界三选一)· 高压账与 12V 低压账怎么合并 · 参数取 BOL 还是 EOL · 每一路 ΔT 取加权主流平均温度还是截面单点值 · 时间基是瞬时 kW 还是积分 kWh。五格填满之后,每一笔能量按四问判据链落进「正号/负号(吸热件以负值登记同一栏)/不进账(只记能量、⛔ 不记温度、⛔ 不进冷却液回路)」三栏之一,最后才让残差行重算。本讲留给你两条今天就能用的东西:口径差本身就是一笔热(同一段路两道内边界差出来的,正是电驱链的产热);以及台账每一行强制带「取值来源」与「哪道口径」两列——第 6 讲排查残差时,前两步读的就是它们。

后面还有 7 讲正文 · 关键公式 · 案例拆解 · 常见误区 · 动手做

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