新能源汽车热管理系统设计梁坤峰高春艳热管理新能源汽车系统设计试验应用案例前沿科技_梁坤峰高春艳_9787111790440

本书是面向新能源汽车工程专业本科生、技术人员及研究人员的综合性教材，全面介绍了新能源汽车热管理系统的基本原理、设计方法、系统应用与最新技术，同时融入了大量的实践案例和前沿研究成果，力求使读者全面理解和掌握新能源汽车热管理领域的核心技术和发展动态。本书共有9章，分为四篇。第一篇为基础理论，包括第1章和第2章，介绍新能源汽车热管理系统的基础理论知识，包括热力学、流体力学和传热学的相关原理，旨在帮助读者构建起对热管理系统工作原理的基本认识，为后续章节的深入学习打下坚实的理论基础。第二篇是系统设计与应用，包括第3章~第6章，深入讨论了新能源汽车热管理系统的设计原理、组件选择、系统集成和性能评估，其内容旨在指导读者如何根据新能源汽车的具体要求，进行热管理系统的设计和优化，主要涵盖热管理系统设计，包括电池、电机、电控等部件的热特性分析和冷却方式选择的关键组件分析以及系统集成的策略与优化方法等。第三篇是测试试验与实践案例，包括第7章和第8章，为了增强教材的实践性和应用性，本篇引入了多个新能源汽车热管理系统的实际案例分析和实验标准，提供实验室环境下的热管理系统测试和分析的具体步骤和方法，并通过案例分析讲解热管理系统的设计思路。第四篇是创新技术与前沿发展，包括第9章，关注新能源汽车热管理系统的先进技术和未来发展趋势，介绍了创新材料、热管理系统智能化以及热管理技术的未来发展，同时补充了大量的学习资源与工具，以支持读者课外继续学习和深入研究。通过系统完备的理论、实践案例的深入分析、创新技术的前瞻介绍、国际标准的全面梳理以及丰富的学习资源，本书必将成为新能源汽车热管理领域的一本重要教材。通过学习本书内容，读者不仅能够获得全面的技术知识和实操经验，还能够洞察行业发展趋势，为未来在该领域的工作或研究奠定坚实的基础。

为服务国家“双碳”战略，支撑行业节能降碳、降本增效，我国能源与交通行业面临重大技术变革。汽车产业作为国家经济支柱和核心科技竞争的关键，绿色转型迫在眉睫。新能源汽车作为汽车绿色发展的关键途径，其产业正迎来爆炸性增长。特别是在新能源汽车的关键组成部分——热管理系统方面，技术的快速发展和市场需求正日益扩大。高效的新能源汽车热管理系统设计、控制、测试与优化并非易事。相比于传统内燃机汽车，新能源汽车热管理系统在原有空调系统基础上，增加了对三电部件的热管控。更为精细的温度控制、更加复杂的回路热量交互，使得基于传统汽车空调的热管理系统解决思路，难以适应新能源汽车的应用场景。而宽温区运行的新能源汽车使得热管理系统需兼顾夏、冬两季的冷暖需求，应对高能量密度动力电池的热安全应用，并通过合理的控制策略协调整车能量，保证车辆的正常运行。新能源汽车的运行环境复杂多变，各类热源的特性也各不相同，乘用车、商用车以及工程车辆等实际工况存在差异，这些因素给热管理技术的研发提出了巨大的挑战。同时，车辆电动化、智能化、网联化的飞速发展又为热管理技术提供了前所未有的机遇。为了应对新能源汽车热管理领域迅猛发展所带来的技术挑战，对热管理相关专业技术人才的需求也在不断增长。高等院校、职业技术学院和相关企业等亟需全面、系统、前瞻性强的教材，培养和培训高级专门技术人才。新能源汽车热管理系统涉及工程热力学、流体力学、传热学、控制理论等多个学科领域知识，对学习资源提出了跨学科综合的要求。此外，随着人工智能、大数据等技术在热管理系统中的应用，对相关人才的综合素质和能力提出了新的挑战。《新能源汽车热管理系统设计》一书的出版正是为了响应全球新能源汽车行业发展的新需求，结合了行业发展现状、技术创新、教育培养、环境政策、市场需求等多方面的考量，旨在培养学生的基础理论、系统知识、实践技能和国际视野，填补市场上专业教育资源的空缺，并不断推动新能源汽车热管理系统领域的发展和进步。本书是面向新能源汽车领域的工程技术人员、学生及研究人员的综合性教材。全面介绍了新能源汽车热管理系统的基本原理、设计方法、系统应用与先进技术，同时融入了大量的实践案例和前沿研究成果，力求使读者全面理解和掌握新能源汽车热管理领域的核心技术和发展动态，本书的核心内容分为四篇：第一篇为基础理论，包含第1章和第2章，着重介绍了新能源汽车热管理系统相关的基础理论知识，包括热力学、流体力学和传热学的相关原理，旨在帮助读者构建起对热管理系统工作原理的基本认识，为后续章节的深入学习打下坚实的理论基础。第二篇为系统设计与应用，包括第3~6章，深入讨论了新能源汽车热管理系统的设计原理、组件选择、系统集成和性能评估。其内容旨在指导读者如何根据新能源汽车的具体要求，进行热管理系统的设计和优化，主要涵盖热管理系统设计，包括电池、电机、电控等部件的热特性分析，冷却方式相关的关键组件分析，以及系统集成的策略与优化方法等。第三篇为测试试验与实践案例，包括第7章和第8章。为了增强教材的实践性和应用性，本篇引入了新能源汽车热管理系统的多个实际案例和实验标准，提供实验室环境下的热管理系统测试和分析的具体步骤和方法，并通过案例分析讲解热管理系统的设计思路，整合业内资源，帮助读者通过实际案例深入理解热管理系统的应用。第四篇为创新技术与前沿发展，包括第9章，属前瞻性内容。该篇关注新能源汽车热管理系统的先进技术和未来发展趋势，介绍了创新材料、热管理系统智能化以及热管理技术的未来发展。同时补充了大量的学习资源与工具，以支持读者课外的继续学习和深入研究。本书在编排时注重知识层次的划分，内容由浅入深，逐步深化。通过系统完备的理论、实践案例的深入分析、创新技术的前瞻介绍、行业标准的全面梳理以及丰富的学习资源，本书必将成为新能源汽车热管理技术领域的一本重要教育资源。通过学习本书，读者不仅能够获得全面的技术知识和实操经验，还能够洞察行业发展趋势，为未来在该领域的工作或研究奠定坚实的基础。本书由梁坤峰、高春艳共同编著。陈浩远博士和李硕鹏、杨晓哲、王欣、朱登宇、何亚茹几位硕士生为书稿的整理、内容校正提供了非常大的帮助，在这里对他们表示衷心的感谢。本书编写过程中，得到了西安交通大学曹锋教授、吉林大学李明教授及中国科学院理化技术研究所田长青、邹慧明研究员等给予的精心指导。同时，感谢豫新汽车热管理科技有限公司陈彬、崔明璐、张子瀚，中航锂电（洛阳）有限公司曹勇、杨大鹏、宋路生，东风汽车集团有限公司王伟民等企业工程师在项目合作过程中给予的启发。由于作者水平有限，书中错误及不当之处在所难免，恳请读者提出宝贵建议，以便修订时予以纠正。编者

前言第一篇基础理论第1章新能源汽车热管理系统概述21.1新能源汽车发展现状21.2动力电池概述51.2.1锂离子动力电池51.2.2燃料电池81.2.3铅酸蓄电池101.2.4固态电池111.3热管理技术概述111.3.1乘员舱热管理技术121.3.2动力电池热管理技术131.3.3驱动电机等其他部件的热管理技术151.4整车热管理技术的发展与应用161.4.1整车热管理概念产生的背景161.4.2整车热管理技术的特点17习题18第2章热管理系统理论基础192.1流体流动、传热基本理论192.1.1流体流动特性192.1.2热量传递与热输运242.2热流控制技术基础272.2.1空气冷却272.2.2液体冷却332.2.3热管冷却402.2.4其他冷却方式452.3热管理系统原理482.3.1系统的基本原理482.3.2系统热力循环原理49习题52第二篇系统设计与应用第3章热管理系统组件553.1电动压缩机553.1.1电动压缩机简介553.1.2电动压缩机技术要求563.1.3电动涡旋压缩机573.1.4滚动转子压缩机593.1.5涡旋压缩机热力过程613.1.6滚动转子压缩机热力计算703.1.7压缩机性能曲线773.2换热器773.2.1动力电池换热器773.2.2板式换热器803.2.3新能源汽车热泵空气换热器833.2.4板式换热器选型计算873.3水泵903.3.1概况903.3.2水泵性能曲线913.3.3水泵的效率区923.4阀件923.4.1新能源汽车热管理制冷剂控制阀923.4.2新能源汽车热管理冷却液控制阀963.4.3阀的流量特性973.5风机983.5.1风机类型983.5.2风机流量特性1003.6传感器1013.6.1压力传感器1013.6.2温度传感器1013.6.3电流传感器1023.6.4制冷剂传感器1023.7HVAC1033.8PTC加热器1043.9管路与密封1053.9.1空调系统管路及其密封1053.9.2R134a及R1234yf空调系统用橡胶软管及密封形式1073.9.3CO2空调系统用橡胶软管1103.9.4电池冷却系统管路及其密封形式112习题115第4章温控对象热特性1164.1乘员舱热特性1164.1.1乘员舱的产热、传热特性1164.1.2乘员舱热平衡计算1184.2动力电池热特性1214.2.1动力电池产热特性1214.2.2动力电池传热特性1224.2.3动力电池产热速率计算1234.3电机电气系统热特性1244.3.1电机产热特性1244.3.2电控产热特性124习题126第5章整车热管理系统1285.1整车热管理系统概述1285.1.1热管理系统基本组成1285.1.2热管理系统发展趋势1295.2热管理系统需求1355.2.1乘员舱热管理需求1375.2.2动力电池热管理需求1375.2.3驱动电机热管理需求1395.2.4车辆其他热管理需求1405.3独立热管理系统架构1405.3.1乘员舱热管理1405.3.2动力电池热管理1425.3.3驱动电机热管理1455.4集成热管理系统架构1465.4.1集成热管理系统架构能量关系1465.4.2集成热管理系统架构设计原则1485.4.3集成热管理系统架构工作方案1505.4.4环保工质应用的系统方案158习题168第6章集成热管理系统工作模式1696.1常规模式1696.1.1液冷系统1696.1.2直冷系统1746.2特殊工况1786.2.1极寒工况1786.2.2高温工况1836.2.3复合运行工况1876.3集成热管理系统控制策略1906.3.1系统模式切换控制策略1906.3.2系统部件控制策略1916.3.3集成热管理系统控制策略197习题202第三篇测试试验与实践案例第7章热管理系统标定与测试试验2047.1测试标准2047.2测试工况2057.2.1循环工况测试2057.2.2环境模拟测试2107.3系统标定217习题218第8章热管理系统设计案例2198.1系统方案设计2198.1.1整车热管理系统功能分析2198.1.2整车热管理系统方案2208.1.3整车热管理系统独立工作模式2208.1.4整车热管理系统集成工作模式2238.2负荷计算2268.2.1整车参数2268.2.2汽车热管理负荷计算2278.2.3计算结果2338.3热管理系统的热力计算与压缩机的选型2348.3.1夏季设计工况参数及热力计算2348.3.2冬季设计工况参数及热力计算2358.3.3压缩机选型与校核2378.4换热器的设计计算2388.4.1设计依据2388.4.2舱外换热器设计计算2398.4.3舱内换热器设计计算2438.4.4电池板式换热器的设计计算2468.4.5电机散热器设计计算2508.5辅助设备的选型2538.5.1三通阀、四通换向阀的选型2538.5.2膨胀阀的选型2548.5.3风机的选型2548.5.4电子水泵的选型2568.5.5电池液冷板的选型256习题258第四篇创新技术与前沿发展第9章热管理系统先进技术展望2609.1热力学方法优化2609.2热管理系统仿真技术2639.3传热结构拓扑优化2669.4控制系统优化2679.5智能化热管理技术267习题268参考文献269

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