解碼“新質熱管理”丨工程機械能量管理仿真及性能優化技術
時間：2024-04-29
編者按：高質量發展是新時代的硬道理，在習近平總書記“發展新質生產力是推動高質量發展的內在要求和重要著力點”的時代強音中，中汽中心迎來“新質創效年”，即錨定高質量發展方向，堅定做到創效促質。那么，工程機械領域的能量管理如何實現“新質創效”呢？本期解碼“新質熱管理”專題，為您解答。
工程機械能量管理仿真及性能優化技術
在碳達峰和碳中和大背景下，工程機械行業向電動化轉型發展是必然趨勢。目前，工程機械的電動化轉型還處于起步階段，在工程機械節能技術領域存在能量管理開發與驗證技術落后、缺乏數字化和體系化的研發手段等亟待解決的問題。由于工程機械具有作業持續時間長和工作環境相對惡劣的特點，目前大部分新能源工程機械無法滿足全天長時間作業要求，普遍存在純電續航里程短、持續作業時間受電池儲能和充電的限制、作業系統性能衰減明顯、作業效率低以及系統能耗大等問題，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經驗，依托先進的能量管理仿真技術和能量流測試手段，為工程機械企業提供能量管理仿真與優化、能量流測試與評價、數字化開發平臺和流程體系建立等，為工程機械行業提供一站式能量管理解決方案，通過精細化能量管理手段，助力工程機械企業縮短開發周期，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了涵蓋零部件、系統和整車等三層級，涉及混合動力行駛系統、純電驅動機械作業系統、電機驅動冷卻系統、電池熱管理系統、駕駛室制冷與采暖系統以及控制系統的多系統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：
熱管理系統仿真分析：基于整機熱管理系統模型，掌握整車及關鍵部件在不同工況下的熱量產生、傳遞和散失，了解整機多個熱管理子熱系統的性能表現，從而優化熱管理控制策略，確保整機多系統的的熱安全性、經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動模式（純電、混動）、作業模式以及行駛工況下的能量流動進行仿真模擬，評價行駛系統和作業系統的能量流分布、各系統及零部件的能耗占比、節能因素的貢獻度等，進而評估各零部件、子系統和整機的能量消耗、能量回收和能量利用效率等，為優化整機能量管理策略提供依據。
部件/系統匹配與優化：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，發現能量損耗較大的部件和系統，提出可行的優化建議和措施，如優化零部件選型匹配、改進部件設計、調整控制策略等，以提高整機的能量效率和系統性能。
節能策略仿真開發與驗證：平臺可以模擬不同的節能技術和策略，并進行關鍵敏感因素關聯性分析，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，為開發高效的節能方案提供支持。
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能量流動情況的測試方法，通過專業測試設備和方法，對發動機、電池、電機、電控、液壓部件、機械執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），在不同環境條件下（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及零部件的能耗水平，優化各部件的匹配，提升各部件運行效率，為各部件的選型設計提供指導，以降低系統的整體能耗，提高整車的能效。
3.能量管理系統優化
通過對整機能量管理仿真結果和能量流測試數據的綜合分析，針對整機電驅系統、熱管理系統、液壓系統、控制系統等，提出了多種切實可行的能耗優化措施，如熱管理系統的架構優化、熱管理控制策略優化、液壓系統管路結構優化、電機匹配優化及工作轉速優化、液壓控制策略優化等，不僅提升了整機作業系統的性能，還顯著降低了整機行駛和多工況作業的能耗。
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、工程機械等行業的熱管理/能量管理的開發和優化，基于用戶場景和客戶需求，確保汽車和工程機械裝備的經濟性和舒適性，以能耗最低為導向，在各項業務工作中把握新趨勢、新賽道，運用新理念、新方法，持續提升核心競爭力，確保自身發展的成效，為高質量發展創造價值、貢獻價值。