解碼“新質(zhì)熱管理”丨工程機(jī)械能量管理仿真及性能優(yōu)化技術(shù)
時(shí)間：2024-04-29
編者按：高質(zhì)量發(fā)展是新時(shí)代的硬道理，在習(xí)近平總書記“發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力是推動高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求和重要著力點(diǎn)”的時(shí)代強(qiáng)音中，中汽中心迎來“新質(zhì)創(chuàng)效年”，即錨定高質(zhì)量發(fā)展方向，堅(jiān)定做到創(chuàng)效促質(zhì)。那么，工程機(jī)械領(lǐng)域的能量管理如何實(shí)現(xiàn)“新質(zhì)創(chuàng)效”呢？本期解碼“新質(zhì)熱管理”專題，為您解答。
工程機(jī)械能量管理仿真及性能優(yōu)化技術(shù)
在碳達(dá)峰和碳中和大背景下，工程機(jī)械行業(yè)向電動化轉(zhuǎn)型發(fā)展是必然趨勢。目前，工程機(jī)械的電動化轉(zhuǎn)型還處于起步階段，在工程機(jī)械節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域存在能量管理開發(fā)與驗(yàn)證技術(shù)落后、缺乏數(shù)字化和體系化的研發(fā)手段等亟待解決的問題。由于工程機(jī)械具有作業(yè)持續(xù)時(shí)間長和工作環(huán)境相對惡劣的特點(diǎn)，目前大部分新能源工程機(jī)械無法滿足全天長時(shí)間作業(yè)要求，普遍存在純電續(xù)航里程短、持續(xù)作業(yè)時(shí)間受電池儲能和充電的限制、作業(yè)系統(tǒng)性能衰減明顯、作業(yè)效率低以及系統(tǒng)能耗大等問題，制約了新能源工程機(jī)械的推廣應(yīng)用。
中汽中心工程院風(fēng)洞中心借鑒乘用車和商用車成熟的能量管理開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，依托先進(jìn)的能量管理仿真技術(shù)和能量流測試手段，為工程機(jī)械企業(yè)提供能量管理仿真與優(yōu)化、能量流測試與評價(jià)、數(shù)字化開發(fā)平臺和流程體系建立等，為工程機(jī)械行業(yè)提供一站式能量管理解決方案，通過精細(xì)化能量管理手段，助力工程機(jī)械企業(yè)縮短開發(fā)周期，提升工程機(jī)械能效。
1.能量管理仿真平臺
以某混合動力工程機(jī)械為例，由工程院風(fēng)洞中心自主開發(fā)了涵蓋零部件、系統(tǒng)和整車等三層級，涉及混合動力行駛系統(tǒng)、純電驅(qū)動機(jī)械作業(yè)系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動冷卻系統(tǒng)、電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)、駕駛室制冷與采暖系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的多系統(tǒng)整機(jī)能量管理一體化仿真平臺，可以進(jìn)行以下方面的仿真分析：
熱管理系統(tǒng)仿真分析：基于整機(jī)熱管理系統(tǒng)模型，掌握整車及關(guān)鍵部件在不同工況下的熱量產(chǎn)生、傳遞和散失，了解整機(jī)多個熱管理子熱系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，從而優(yōu)化熱管理控制策略，確保整機(jī)多系統(tǒng)的的熱安全性、經(jīng)濟(jì)性和乘員艙熱舒適性。
整機(jī)能量流仿真分析：平臺可以對整機(jī)多種動力驅(qū)動模式（純電、混動）、作業(yè)模式以及行駛工況下的能量流動進(jìn)行仿真模擬，評價(jià)行駛系統(tǒng)和作業(yè)系統(tǒng)的能量流分布、各系統(tǒng)及零部件的能耗占比、節(jié)能因素的貢獻(xiàn)度等，進(jìn)而評估各零部件、子系統(tǒng)和整機(jī)的能量消耗、能量回收和能量利用效率等，為優(yōu)化整機(jī)能量管理策略提供依據(jù)。
部件/系統(tǒng)匹配與優(yōu)化：平臺基于能量流仿真結(jié)果，可以分析各部件之間的匹配性能，發(fā)現(xiàn)能量損耗較大的部件和系統(tǒng)，提出可行的優(yōu)化建議和措施，如優(yōu)化零部件選型匹配、改進(jìn)部件設(shè)計(jì)、調(diào)整控制策略等，以提高整機(jī)的能量效率和系統(tǒng)性能。
節(jié)能策略仿真開發(fā)與驗(yàn)證：平臺可以模擬不同的節(jié)能技術(shù)和策略，并進(jìn)行關(guān)鍵敏感因素關(guān)聯(lián)性分析，驗(yàn)證液壓能、機(jī)械能或電能等多種能量的回收、存儲和利用方法和手段，充分挖掘新能源工程機(jī)械的節(jié)能潛力，并通過仿真評估其在實(shí)際應(yīng)用中的效果和潛力，為開發(fā)高效的節(jié)能方案提供支持。
2. 整機(jī)能量流測試與能耗評價(jià)體系
整機(jī)能量流測試是一種針對新能源工程機(jī)械多系統(tǒng)能量流動情況的測試方法，通過專業(yè)測試設(shè)備和方法，對發(fā)動機(jī)、電池、電機(jī)、電控、液壓部件、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)等的能量來源、能量流傳遞、能量損耗等進(jìn)行精確測量，全面掌握整機(jī)能量消耗分布情況。依托于完備的能量流測試資源，工程院風(fēng)洞中心具備開展多種典型工程機(jī)械（起重機(jī)、挖掘機(jī)等）在不同運(yùn)行工況（行駛、作業(yè)），在不同環(huán)境條件下（常溫、高溫、低溫）整機(jī)能量流測試的能力，建立了一套完備的整機(jī)能量流測試與能耗評價(jià)體系。
基于能量流測試結(jié)果，從能量分配的角度對比分析各系統(tǒng)及零部件的能耗水平，優(yōu)化各部件的匹配，提升各部件運(yùn)行效率，為各部件的選型設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，以降低系統(tǒng)的整體能耗，提高整車的能效。
3.能量管理系統(tǒng)優(yōu)化
通過對整機(jī)能量管理仿真結(jié)果和能量流測試數(shù)據(jù)的綜合分析，針對整機(jī)電驅(qū)系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，提出了多種切實(shí)可行的能耗優(yōu)化措施，如熱管理系統(tǒng)的架構(gòu)優(yōu)化、熱管理控制策略優(yōu)化、液壓系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電機(jī)匹配優(yōu)化及工作轉(zhuǎn)速優(yōu)化、液壓控制策略優(yōu)化等，不僅提升了整機(jī)作業(yè)系統(tǒng)的性能，還顯著降低了整機(jī)行駛和多工況作業(yè)的能耗。
中汽中心工程院風(fēng)洞中心能量管理團(tuán)隊(duì)將始終致力于汽車、工程機(jī)械等行業(yè)的熱管理/能量管理的開發(fā)和優(yōu)化，基于用戶場景和客戶需求，確保汽車和工程機(jī)械裝備的經(jīng)濟(jì)性和舒適性，以能耗最低為導(dǎo)向，在各項(xiàng)業(yè)務(wù)工作中把握新趨勢、新賽道，運(yùn)用新理念、新方法，持續(xù)提升核心競爭力，確保自身發(fā)展的成效，為高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)造價(jià)值、貢獻(xiàn)價(jià)值。