解碼“新質(zhì)熱管理”丨工程機械能量管理仿真及性能優(yōu)化技術
時間：2024-04-29
編者按：高質(zhì)量發(fā)展是新時代的硬道理，在習近平總書記“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”的時代強音中，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，堅定做到創(chuàng)效促質(zhì)。那么，工程機械領域的能量管理如何實現(xiàn)“新質(zhì)創(chuàng)效”呢？本期解碼“新質(zhì)熱管理”專題，為您解答。
工程機械能量管理仿真及性能優(yōu)化技術
在碳達峰和碳中和大背景下，工程機械行業(yè)向電動化轉(zhuǎn)型發(fā)展是必然趨勢。目前，工程機械的電動化轉(zhuǎn)型還處于起步階段，在工程機械節(jié)能技術領域存在能量管理開發(fā)與驗證技術落后、缺乏數(shù)字化和體系化的研發(fā)手段等亟待解決的問題。由于工程機械具有作業(yè)持續(xù)時間長和工作環(huán)境相對惡劣的特點，目前大部分新能源工程機械無法滿足全天長時間作業(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械的推廣應用。
中汽中心工程院風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，依托先進的能量管理仿真技術和能量流測試手段，為工程機械企業(yè)提供能量管理仿真與優(yōu)化、能量流測試與評價、數(shù)字化開發(fā)平臺和流程體系建立等，為工程機械行業(yè)提供一站式能量管理解決方案，通過精細化能量管理手段，助力工程機械企業(yè)縮短開發(fā)周期，提升工程機械能效。
1.能量管理仿真平臺
以某混合動力工程機械為例，由工程院風洞中心自主開發(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)動機械作業(yè)系統(tǒng)、電機驅(qū)動冷卻系統(tǒng)、電池熱管理系統(tǒng)、駕駛室制冷與采暖系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的多系統(tǒng)整機能量管理一體化仿真平臺，可以進行以下方面的仿真分析：
熱管理系統(tǒng)仿真分析：基于整機熱管理系統(tǒng)模型，掌握整車及關鍵部件在不同工況下的熱量產(chǎn)生、傳遞和散失，了解整機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，確保整機多系統(tǒng)的的熱安全性、經(jīng)濟性和乘員艙熱舒適性。
整機能量流仿真分析：平臺可以對整機多種動力驅(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行仿真模擬，評價行駛系統(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)能因素的貢獻度等，進而評估各零部件、子系統(tǒng)和整機的能量消耗、能量回收和能量利用效率等，為優(yōu)化整機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、改進部件設計、調(diào)整控制策略等，以提高整機的能量效率和系統(tǒng)性能。
節(jié)能策略仿真開發(fā)與驗證：平臺可以模擬不同的節(jié)能技術和策略，并進行關鍵敏感因素關聯(lián)性分析，驗證液壓能、機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械的節(jié)能潛力，并通過仿真評估其在實際應用中的效果和潛力，為開發(fā)高效的節(jié)能方案提供支持。
2. 整機能量流測試與能耗評價體系
整機能量流測試是一種針對新能源工程機械多系統(tǒng)能量流動情況的測試方法，通過專業(yè)測試設備和方法，對發(fā)動機、電池、電機、電控、液壓部件、機械執(zhí)行機構等的能量來源、能量流傳遞、能量損耗等進行精確測量，全面掌握整機能量消耗分布情況。依托于完備的能量流測試資源，工程院風洞中心具備開展多種典型工程機械（起重機、挖掘機等）在不同運行工況（行駛、作業(yè)），在不同環(huán)境條件下（常溫、高溫、低溫）整機能量流測試的能力，建立了一套完備的整機能量流測試與能耗評價體系。
基于能量流測試結果，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，提升各部件運行效率，為各部件的選型設計提供指導，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
通過對整機能量管理仿真結果和能量流測試數(shù)據(jù)的綜合分析，針對整機電驅(qū)系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，提出了多種切實可行的能耗優(yōu)化措施，如熱管理系統(tǒng)的架構優(yōu)化、熱管理控制策略優(yōu)化、液壓系統(tǒng)管路結構優(yōu)化、電機匹配優(yōu)化及工作轉(zhuǎn)速優(yōu)化、液壓控制策略優(yōu)化等，不僅提升了整機作業(yè)系統(tǒng)的性能，還顯著降低了整機行駛和多工況作業(yè)的能耗。
中汽中心工程院風洞中心能量管理團隊將始終致力于汽車、工程機械等行業(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，確保汽車和工程機械裝備的經(jīng)濟性和舒適性，以能耗最低為導向，在各項業(yè)務工作中把握新趨勢、新賽道，運用新理念、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)造價值、貢獻價值。