J1-07 · 仿真分析 CAE / 一维系统仿真
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一课题可并存多讲师版本
课程大纲
学完能做什么
- 能建整车冬季能耗模型并拆解热管理热损项
- 能量化座舱采暖、电池加热对续航的分别影响
- 能对比 PTC 与热泵方案的冬季续航差异
- 能评估预热预约、余热回收等策略的续航收益
内容大纲
- 冬季能耗账的分项框架
- 驱动能耗 vs 热管理能耗（承接 B4-02）
- 座舱采暖负荷：低温、除霜、新风、渗透（承接 A2-04）
- 电池低温加热与保温（承接 D3-01/D3-03）
- 附件寄生功：泵 / 风机 / 压缩机
- 座舱采暖负荷与制热电耗
- 座舱热负荷（采暖方向）：围护传热、新风、渗透属失热项；乘员散热与内热是得热，在采暖负荷里作抵扣项
- PTC 采暖能耗（承接 C3-01）
- 热泵采暖与低温衰减（承接 J1-05、C3-02）
- 除霜 / 除雾的能耗与安全底线（承接 C5-01）
- 口径声明：本课 Q̇_cabin 取稳态口径；pull-up 前段峰值与内饰/空气蓄热属瞬态，见 J1-08（座舱一维多节点热模型）——用稳态采暖功率估 pull-up 能耗会严重低估前段（呼应 B4-02 同名误区）
- 低温电池的热损与加热手段
- 低温内阻上升、可用能量下降
- 加热策略：PTC / 热泵 / 脉冲自加热（承接 D3-02）
- 保温与静置热损（承接 D3-03）
- 能耗到续航的折算与模型对标
- 工况：WLTC / CLTC + 低温（承接 B4-01）
- 能耗 → 续航里程折算
- 各热损项对续航的贡献分解
- 目标：冬季续航热损（承接 B1-04）
- 本课是冬季口径，不能换个环境温度当夏季用：夏季账的分项构成与符号都不同（环境阻力、电池效率在夏季是负增量），夏季分项账见 B4-05
- 与低温续航试验对标（前指 L4-03）
- 省电策略与续航收益排序
- 余热回收：电机 / 电控热（承接 B3-06、N4-01）
- 第三类余热源（混动/增程）：发动机/增程器冷却液热，量大、温位高，但只在起机时存在、可用性不由热管理单方支配，冬季能耗账里不能与电驱余热同口径连续处理，须按起停占空比与蓄热折算；建模与对账见 J1-10，本课只作口径声明（承接 B2-05）
- 预约预热：充电时加热（承接 D3-04、D4-03）
- 充电时座舱预空调（承接 C1-05）
- 策略组合的续航收益排序
关键公式
E_total = E_drive + E_thermal + E_aux
整车总能耗拆解，冬季 E_thermal 显著上升
Range = 电池可用能量 / 整车百公里能耗
续航折算基本式，低温下可用能量与能耗双变差
ΔRange/Range ≈ − ΔE_thermal/E_total
热管理能耗对续航的近似影响（承接 C1-05 口径）
Q̇_cabin,heat = UA_body·(T_in − T_amb) + (ṁ_fresh + ṁ_inf)·c_p·(T_in − T_amb) − Q̇_occ − Q̇_elec
座舱采暖负荷式，约定「负荷 = 失热 − 得热」：围护、新风、渗透属失热项，乘员显热 Q̇_occ（静坐约 60–80 W/人）与座椅加热、显示屏等非空调内热 Q̇_elec 同属得热、一律作减项；制冷负荷式方向相反、全部得热取正（见 B1-01 的 Q̇_cab），换向时须整式翻向，不能只翻其中两项。本式为稳态口径。新风、除霜与随车速上升的渗透是低温大头
P_heat = Q̇_heat/COP_heat（PTC 则 COP≈1）
同样制热量下热泵省电倍数 ≈ COP_heat（承接 C3-02）
关键概念
冬季热损座舱采暖负荷电池低温加热保温热损寄生功PTC vs 热泵余热回收座舱预空调续航折算低温工况除霜能耗渗透风（infiltration）热损
推荐工具与标准
KULI Simcenter Amesim GT-SUITE MATLAB / Simulink（整车能耗模型） 本站冷媒工况计算器
GB/T 18386.1-2021（电动车能耗与续驶里程） GB/T 38146（中国汽车行驶工况 CLTC） UN GTR No.15 / WLTP（全球轻型车测试循环）
工程案例
某纯电 SUV −7℃ 续航低于常温：用整车 1D 能耗模型拆账，发现座舱 PTC 采暖是第一大热损、电池保温加热次之；把 PTC 换热泵 + 电驱余热回收、加充电预热，仿真显示热损可观回收，给各措施贡献排序（不夸大绝对数）指导取舍。
动手做
交付物 · 建整车冬季能耗模型：① 在 −7℃/CLTC 下拆解驱动、座舱采暖、电池加热、附件四项能耗；② 把 PTC 换热泵重算，比续航；③ 叠加余热回收 + 充电预热，排各措施续航贡献。交付：能耗拆解表 + PTC/热泵续航对比 + 贡献排序图。
常见误区
- 座舱负荷只算围护传热，漏掉新风、除霜与渗透的大头——动压驱动的渗透量随车速上升，不能并进定值 UA
- 用常温电池可用能量，不扣低温内阻上升与容量衰减
- 热泵按定 COP 算，忽略低温衰减把制热省电夸大
- 只看座舱不看电池加热，冬季热损账拆不全
- 用稳态平均值代替瞬态，冷启动升温段的高能耗被抹平
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