J1-07 冬季续航热损与整车能耗仿真

课程代码 J1-07 · 板块 J 仿真分析 CAE / J1 一维系统仿真 时长 约 3.5 小时（5 讲 + 1 次整车冬季能耗模型实操） 适合对象 整车能耗 / 热管理系统与 CAE 工程师；冬季续航方向进阶（L2） 前置 J1-04 整车热管理系统级联合仿真（或 J1-01 建模范式）；B4-02 冬季续航掉电与热管理能耗拆解；C3-01 PTC 采暖系统设计与功率匹配 本讲义定位 讲师授课蓝本 / 学员自学讲义，是 J1-07 课题的完整展开版

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引言：把「冬天掉一半」变成一个能跑、能拆、能对账的模型

冬季续航是整车热管理最容易被问、也最难答清楚的一个问题。用户问「为什么冬天只能跑一半」，市场问「我们比对手差在哪」，项目问「上热泵能拿回多少公里」——这三个问题都不能用一句「因为要开暖风」回答，因为它们要的是数，而且要的是能追到分项、能改一个参数就重算一遍的数。

这就是把冬季能耗做成模型而不是做成一张表的理由。B4-02 冬季续航掉电与热管理能耗拆解 已经教过怎么把实测的冬季能耗增量拆成七笔账——那是一门拆账与归因的课，输入是实测数据，动作是事后归因。本课接在它后面，做的是另一件事：在没有实车、只有参数表的阶段，把这本账算出来。输入变成 UA、新风量、COP 曲线、包热容、加热策略这些设计量，输出是一条可以随参数变化的能耗与续航曲线。两门课的关系可以写死成一句：B4-02 从实测往回拆，J1-07 从参数往前算，两者在同一张分项表上会合、互为校核。

这门课要给你的是四件可交付的东西：一个能跑的分项框架（第 1 讲）、三个能算的子模型（座舱、电池、附件，第 2–3 讲）、一条从 kWh 到 km 的正确折算链（第 4 讲，这里藏着本课最容易出错的一步）、一张能排序的策略收益表（第 5 讲，这里藏着本课第二容易出错的一步）。全课围绕同一台教学假设车、同一个教学假设工况反复代数，你可以拿计算器逐步跟着算——每一个数都是从上一个数推出来的，没有一处凭空出现。

⚠ 关于数字的一句话交代。本课出现的所有整车与部件参数（UA、新风量、包热容、内阻、COP、电耗、续航）全部是教学假设值，不对应任何平台、任何在售车型，只用来让计算链条闭合、让你看清各项之间的比例关系。⛔ 一个都不得取用作设计输入或验收依据；拿到本项目自己的数，只能靠实测或本项目的系统仿真。凡属行业典型区间的量，本课会在给出教学取值的同时把区间两端一并写出，并标明「典型」。

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第 1 讲　冬季能耗账的分项框架：模型该分成几块

建模的第一个决定不是选软件，是分账。分账错了，后面每一步都在往错的格子里填数，而且填得越细越难发现。

1.1 三分账：E_total = E_drive + E_thermal + E_aux

本课的整车能耗模型只分三块：

E_total = E_drive + E_thermal + E_aux

• E_drive（驱动能耗）：克服风阻、滚阻、坡道与加减速惯性，扣掉制动回收的净电量，含电驱系统（电机 + 电控 + 减速器）的效率损失。
• E_thermal（热管理能耗）：为了把座舱与电池维持在目标温度而花的电。本课再往下分成 E_cabin（座舱采暖，含除霜除雾）与 E_batt（电池加热与保温）两笔。
• E_aux（附件寄生功）：冷却液泵、电子风扇、低压电加热件（后风窗、外后视镜）、转向助力、整车静态负载等。

为什么正好是这三块，而不是更细或更粗。判据只有一条：能不能在模型里被独立地改一个参数、单独重算一遍。E_drive 的旋钮是路载系数与效率 MAP，E_thermal 的旋钮是 UA、新风量与 COP 曲线，E_aux 的旋钮是各件功率与启用率——三组旋钮互不重叠，所以它们是三笔独立的账。再细分（比如把泵和风机分开）在模型里是可以的，但那属于 E_aux 内部的明细，不改变顶层结构；再粗（把 E_aux 并进 E_drive）则会让「换一个泵能省多少」这类问题无处落地。

⚠ 这三块与 B4-02 冬季续航掉电与热管理能耗拆解 的七笔账不是同一层东西，这是本课第一个必须钉死的口径。本课记的是绝对量（这台车在这个工况下一共花了多少电），B4-02 记的是增量（低温比常温多花了多少电）。两者的差是「常温那一份基础热管理能耗」——常温下座舱通风、电池温控、泵与风机也在耗电，只是少得多。所以：

• 本课的 E_thermal（−7 ℃）不等于 B4-02 里「座舱采暖 + 电池加热」两笔之和；
• 要换算过去，必须先跑一遍常温工况，用 E_thermal(−7 ℃) − E_thermal(25 ℃) 才得到增量；
• ⛔ 直接拿本课的绝对量去填 B4-02 的增量表，会把每一行都系统性放大。

⚠ 第二条口径：本课是冬季账。夏季的分项构成与符号都不同——环境空气密度下降使风阻减小，轮胎低温滚阻那一笔在夏季是负增量，而座舱侧多出新风除湿潜热与太阳辐射透射两项。⛔ 把本课模型的环境温度改成 35 ℃ 直接当夏季账用，缺的不是「算小了」，是整整两项没有、还有两项符号写反。夏季完整的一本账见 B4-05 高温季整车能耗账与制冷侧续航拆解（夏季掉电的分项账）。

1.2 算例①：一台教学假设车的三分账合账

先把全课要用的教学假设车与教学假设工况一次性定死，后面每一讲都在这组数上继续算。

教学假设车（⚠ 教学假设值，⛔ 不对应任何平台）

量	符号	取值	行业典型区间（仅供判断量级）
常温可用电量	E_usable,25	70.0 kWh	中型纯电 SUV 典型 55 ~ 100 kWh
常温 CLTC 单位里程电耗	e_25	15.0 kWh/100km	典型 13 ~ 18 kWh/100km
车身等效传热	UA_body	55 W/K	典型 40 ~ 110 W/K，常见锚点约 60 W/K
电池包质量 × 比热	m·c_p,pack	480 kg × 1.0 kJ/(kg·K)	比热典型 0.9 ~ 1.1 kJ/(kg·K)
电池包壳体等效传热	UA_pack	12 W/K（无附加保温）	典型 6 ~ 20 W/K
包内直流内阻（25 ℃）	R_pack,25	0.060 Ω	强依赖包结构与 SOC，典型 0.03 ~ 0.10 Ω
包端标称电压	U_pack	350 V	400 V 平台典型 320 ~ 400 V

教学假设工况（⚠ 教学假设值）：环境温度 T_amb = −7 ℃；座舱设定温度 T_in = 20 ℃；行程 S = 100 km；平均车速 40 km/h ⇒ 行驶时长 t = S / v = 100 / 40 = 2.5 h；冷 soak 起步（整车与电池初始温度均为 −7 ℃）；乘员 2 人；新风量 80 m³/h。

后面五讲会逐项算出这四格，先把结果摆在这里，你就知道每一个数要去哪一讲找它的来路：

分项	符号	−7 ℃ 取值（kWh/100km）	常温 25 ℃ 取值	来路
驱动	E_drive	16.40	14.20	1.3 算例②
座舱采暖（PTC 基线）	E_cabin	6.76	0.35	第 2 讲 算例④⑥⑦
电池加热与保温	E_batt	2.71	0.00	第 3 讲 算例⑫
附件寄生功	E_aux	0.75	0.45	1.4 算例③
合计	e	26.62	15.00	—

⚠ 常温那一列同样是教学假设值，它的用途只有一个：给「换算成 B4-02 的增量账」提供分母与基准。按 1.1 的口径换算，热管理侧的增量是 (6.76 + 2.71) − (0.35 + 0.00) = 9.12 kWh/100km，而不是 9.47——差的 0.35 正是常温那一份。这 0.35 在绝对量账里毫不起眼，在增量账里却是一整行的误差来源。

1.3 算例②：驱动能耗的低温增量，五项里只有三项归热管理

E_drive 从常温的 14.20 涨到 −7 ℃ 的 16.40，增量 2.20 kWh/100km。这 2.20 要拆开，因为其中只有一部分是热管理能管的，拆不开就会把改进空间估错。

第一项：空气密度。干空气密度按理想气体 ρ = p / (R_a·T) 计算，取 p = 101.325 kPa、R_a = 287.05 J/(kg·K)（干空气气体常数，物性常数）：

• ρ(25 ℃) = 101325 / (287.05 × 298.15) = 101325 / 85583 = 1.1839 kg/m³
• ρ(−7 ℃) = 101325 / (287.05 × 266.15) = 101325 / 76398 = 1.3263 kg/m³
• 密度比 = 1.3263 / 1.1839 = 1.1203 ⇒ 风阻功率上升 12.03%

教学假设常温风阻占 e_25 的 40%，即 14.20 × 0.40 = 5.68 kWh/100km ⇒ 增量 = 5.68 × 0.1203 = 0.68 kWh/100km。

第二项：轮胎低温滚阻。教学假设低温滚阻系数上升 8%，常温滚阻占 E_drive 的 35%，即 14.20 × 0.35 = 4.97 ⇒ 增量 = 4.97 × 0.08 = 0.40 kWh/100km。

第三项：制动能量回收受限。低温下 BMS 限制电池充电功率，可回收的那一部分动能被迫由机械制动耗散。教学假设增量 0.70 kWh/100km。

第四项：传动系粘性拖曳。减速器齿轮油与轴承在低温下粘度上升，拖曳损失增大。教学假设增量 0.36 kWh/100km。

第五项：电池包内阻损失。低温下直流内阻上升，同样的输出功率要多耗一份 I²R。教学案例里电池被加热并维持在 10 ℃，这一项的增量只有 0.06 kWh/100km（推导见第 3 讲算例⑩；⚠ 若不加热、全程停在 −7 ℃，这一项会涨到 0.19）。

合计 0.68 + 0.40 + 0.70 + 0.36 + 0.06 = 2.20 kWh/100km ✓

⛔ 归因的分界线在哪里。第一、二项是环境物理，热泵再好也改不了空气密度和橡胶的低温模量——它们要如实进账（对用户掉的都是里程），但不能算进热管理的改进空间。第三、四、五项是热管理可归因项：回收受限的根因是电池温度不够，把电池加热策略做好就能拿回一部分；粘性拖曳的根因是油温低，暖机策略、热旁通与流量控制能把油温拉上来；内阻损失同样随包温而变。⇒ 本课模型里这五项必须分五行记，不能并成一个「低温驱动增量」——并成一行之后，「热管理还能改多少」这个问题就永远算不出来了。

⚠ 顺带钉死一条口径，它在第 3 讲会被反复用到：电池内阻损失记在 E_drive 里，⛔ 不记在 E_thermal 里——它是「把电送出去」的代价，不是「维持温度」的代价。但它产生的那份热确实落在包里，所以它要作为得热去抵扣 E_batt（第 3 讲的净额法）。⛔ 把它同时记进 E_drive 和 E_thermal 是本课最典型的一处重复计账。

这一步的判据可以写成一句：一个增量归不归热管理，看的是「有没有一个热管理旋钮能改变它」，⛔ 不是「它发生在冬天」。

1.4 算例③：附件寄生功要自下而上合成，不能拍一个百分比

E_aux 最常见的错误做法是「按整车能耗的 3% 估」。这个做法在冬季会错得很离谱，因为低压电加热件（后风窗除霜、外后视镜加热）只在冬季开，而它们的启用率完全由标定决定。正确做法是逐件列表、各给功率与启用率、再求和：

部件	额定功率	启用率（−7 ℃ 工况）	平均功率
电池回路冷却液泵	45 W	100%	45 W
电驱回路冷却液泵	45 W	100%	45 W
前端电子风扇	400 W	5%（低温几乎不需要）	20 W
后风窗除霜	200 W	15%	30 W
外后视镜加热	2 × 25 W	20%	10 W
转向助力 + 整车静态负载	—	—	150 W
合计	—	—	300 W

⇒ E_aux = 0.300 kW × 2.5 h = 0.75 kWh/100km。

常温（25 ℃）同样列一张表，构成完全不同：电池回路泵 30 W（低负荷降转速）、电驱回路泵 45 W、前端电子风扇 400 W × 10% = 40 W、三个电加热件全部 0 W、转向助力与静态负载 65 W（无低温附加负载）⇒ 合计 180 W ⇒ E_aux,25 = 0.180 × 2.5 = 0.45 kWh/100km，这就是 1.2 表里的那个 0.45。

⚠ 对照两张表，教训比数字重要：冬季那 300 W 里有 40 W 是可标定量（后风窗与后视镜的启用率就写在标定表里，改一行就能重算），而常温那 180 W 里的 40 W 风扇是被动响应量（由散热需要决定，⛔ 不能直接标定去省）。两者在合计值里长得一模一样。⇒ 模型里 E_aux 必须保留逐件明细，只存一个合计值就把全部可优化信息丢掉了。

1.5 分账之后先做一次量级体检

模型跑出来第一件事不是看总数，是看比例。按 1.2 的表，−7 ℃ 下：

• E_drive 占 16.40 / 26.62 = 61.6%
• E_cabin 占 6.76 / 26.62 = 25.4%
• E_batt 占 2.71 / 26.62 = 10.2%
• E_aux 占 0.75 / 26.62 = 2.8%

这四个比例本身就是一条体检判据。如果你的模型跑出 E_cabin 只占 8%，多半是漏了新风或渗透（第 2 讲）；如果 E_batt 占到 25%，多半是把加热能量重复计了账（第 3 讲的净额法）；如果 E_aux 占到 10%，多半是把座舱鼓风机的功率同时记进了 E_cabin 和 E_aux。⚠ 这些区间是本课在教学假设参数下算出来的量级参照，⛔ 不是验收指标——不同车型、不同工况（高速工况下 E_drive 占比会显著抬高、E_cabin 占比下降）会给出很不一样的分布。它的用法只有一个：数偏离一个量级时回头查对应的那一个子模型。

本讲小结：模型分三块（E_drive / E_thermal / E_aux），分法的判据是「能不能独立改一个参数重算」。本课记绝对量、B4-02 冬季续航掉电与热管理能耗拆解 记增量，两者差着常温那一份基础热管理能耗，⛔ 不得互代；换算必须先跑一遍常温工况。驱动增量要拆成四项，因为其中只有回收受限与粘性拖曳两项归热管理，环境物理那两项要如实进账但不算改进空间——判据是「有没有一个热管理旋钮能改变它」。附件寄生功必须逐件自下而上合成，按百分比估会给出对的合计值和错的可优化性。分账之后先做量级体检，某一格偏离一个量级就回头查对应的子模型。

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