车载控制系统控制策略的开发，不管是采用敏捷模式、前后溯源逐步迭推模式，还是分层式、主从式，多是通过“V”字型开发流程采用模型化的开发方法(MBD, Model based development)来完成。
“V”字型开发流程图
针对这一开发流程，中汽中心工程院风洞中心建立了整车热系统功能性能对标测试分析、系统构型、系统功能性能仿真、控制快速原型、系统标定、系统仿真测试分析（在建）、关键零部件及系统实际环境测试分析等全流程关键节点的开发能力。
整车热系统功能、性能对标测试分析
作为产品需求分析、市场定位分析的重要环节，对标(Benchmark)测试是常用手段。根据行业里对整车热系统控制对标测试分析的需要，风洞中心开发团队已经掌握了各种情况下的CAN、LIN通讯协议的解析能力，还具备了外加测试通道实测相应性能数据的能力。基于此，开发团队具备了新能源汽车热系统及动力总成系统能耗测试并对测试数据进行自动分析计算的能力和分析整车热系统控制的功能、性能并得到Benchmark解析报告的能力(能量流可自动计算分解到续航工况下的每一个循环的每一个器件)。
计算程序界面
整车热系统构型
根据待开发整车的设计空间布局、电池电驱系统的配置及其性能标准、乘员舱的制冷和制热需求、主动及被动冷却和余热利用的工作模式，以及参照Benchmark测试数据库的数据或对比数据，进行热系统总布置的设计构建符合要求的热系统构型。
构建某一混动车型TMS构型图
首先根据整车热系统构型与性能要求，进行系统内关键零部件的选型和功能性能验证，其次依据性能仿真的结果对当前的热系统可开展多种分析优化工作。分析优化的工作包括但不限于：系统工作风险与热害分析、性能性能与零部件热害防护的折中优化、不同模式不同工况与不同负荷下能耗分析与能耗耗散分析、总布置与流道和工作模式的优化、系统性能与成本的折中优化，各零部件之间的关联协调与控制逻辑设计等。
系统功能、系统性能仿真
针对各类热系统构型，基于Simulink + Amesim建立相应的模型，对系统和系统中的部件的功能和性能进行仿真和虚拟验证。可实现热系统中执行部件如电动压缩机、各类阀、水泵、PTC、鼓风机和风门电机等各种的动作是否到位，是否满足相应的实时响应要求，结合实验数据进行软标定。在系统性能模型中，分析性能是否满足设定要求，各种散热器(包含冷凝器、蒸发器、液液板换)性能是否满足设计要求，并在实际工况模型中进行必要的优化。在系统性能验证中还可验证升降温响应、冷却水流量、制冷剂充量、压缩机转速、压缩机功耗限值、水泵控制方式、风扇控制方式、鼓风机控制方式、舱内温湿度控制是否满足人体舒适区间要求、电池水热系统是否满足其工作温度区间要求等。必要时，可仿真出不同性能的工作模式，节能模式、舒适模式、常规模式与极限模式。
结合热系统控制与原型需求、温度分布区间与分布均匀性需求，对热系统构型做必要的优化，提出策略原型逻辑框图。
热系统性能仿真模型图
控制快速原型
基于1D性能仿真优化后的构型，结合热系统构型和控制策略原型逻辑图，选用热系统中相应的部件如电动压缩机、电子膨胀阀、鼓风机、PTC等部件，制作或选取相应的管道、流道等器件，在选取合适的实时控制器和IO端口后便可便捷地将热管理的控制程序下载编译到实时控制器中，快速构建起目标的快速控制原型(RCPs，Rapid Control Prototype system)。
在没有生产出车载级的热管理系统控制单元时，可采用快速原型的方式将快速将TMS驱动起来。在快速原型的方案中，选取适当算力的原型控制器代替车载的实时控制器；选取配置功能丰富的接口代替嵌入式系统接入热系统中的真实器件。本方案可验证热系统的控制策略是否满足设计；验证控制系统是否可靠；验证TMS中零部件的性能，最终将验证后的系统信息和系统中软硬件的指标作为硬件开发的输入对车载级TMS控制单元的开发起到指导作用。该RCPs，具有丰富的周边IO接口，依据热系统构型的需要，可灵活配置，已经开发了一套运行通验证的原型软件，针对其它不同TMS构型，只需要调整接口、替换控制逻辑模块“CaculateSub”，进行适当的配置即可运行控制。
热系统RCP模型图(软接口底层驱动及控制程序)
基于RCPs可直接运行在Simlink、C、C++开发的模型程序，验证并优化调整控制策略，同时软件模型可轻松实现反复修改、模块化复用和封装、更换底层驱动等方式针对不同控制器重新编译下载，这都极大地便利了控制策略的实行和TMS系统软件的开发。基于这一特点便于在开发的前期或半实物状态和真实环境下反复研究、配置系统，减少了开发的费用，提高了开发的效率。
热系统RCP系统图(硬件系统)
基于RCPs可实施TMS零部件的标定工作和零部件性能验证工作。TMS中的温度、压力、阳光和空气质量传感器、出风口工作段和风门位置的标定可通过RCPs来实现。TMS中电动压缩机、PTC、鼓风机、风扇和水泵等执行部件的功能性能要控制指令（开关指令、PWM波、LIN控或CAN控物理值）之间的关系可通过RCPs来验证。TMS中各部件的性能和功能验证如，运行能力、NVH特性测试、PTC功耗测试、制热量测试和水泵功耗等测试都可通过零部件的在环测试实现。以上对于零部件的验证，在开发的前期实现合适的零部件替代，提高零部件在热系统的性价比。
基于以上工作构建出适合整车的热系统，必要时进行操作运行界面虚拟开发和测试监控界面开发，如下图示：
热系统RCP模型图(操作运行界面)
除零部件的测试验证外，RCPs可完成控制仿真之后的真实器件系统级控制的实现、系统级的标定，也在车载ECU未开发出来时代替完成HIL测试、实现对整车级的TMS控制，完成整车级的标定工作；可完成TMS零部件、系统在台架、系统在整车的电能耗测试、工作效率测试，结合环境实验室可实施TMS零部件、系统在台架、系统在整车的工作状态的热害测试等。
风洞中心为行业开发的RCPs，基于真实器件，既可对TMS中的任一器件实施实时的控制，即任何一台风门电机、电控压缩机、电子风扇、电动鼓风机、电动水泵、PTC、电子膨胀阀等单独实施控制，完成零部件的控制相关测试与验证；也可对TMS系统在台架状态以及在整车状态实施系统级控制，完成台架在环境实验和整车在环境实验；还可对车载其它真实执行器件实施控制，如任何一扇车门及其玻璃的升降控制、后视镜的动作控制、座椅加热与通风控制、座椅姿态调节、主动格栅(AGS)的动作控制、刮水器电机的控制、玻璃清洁喷水系统控制、转向电机控制、气囊点爆控制、安全带预紧控制等几乎所有的车身电子、舒适电子的快速原型控制。实现TMS、车身电子与整车的同步开发、验证。
至此，基于该TMS控制开发平台(含物理构型和原型控制的平台硬件和软件模型，可满足热系统控制需求实时运行)，既可完成热系统控制策略的开发服务，也可单独向行业提供热系统及其零部件的标定、测试验证服务；基于该开发平台技术，实施各种热系统自主控制对标测试与验证测试，完成控制方案开发验证，直至最终交付成套的整车热系统方案和技术。
作 者：于镒隆
来 源：汽车风洞测试与应用重点实验室
商务联络：高明武 18632283172
gaomingwu@catarc.ac.cn
“储能（暖通）热管理”将会是谁的主场？储能热管理成为核心，液冷技术快速发展
风冷技术：空调制冷，风道交换热量
风冷的核心是空调和风道。目前，在功率密度较小的集装箱储能系统和通信基站储能系统中主要采用风冷技术。一方面是因为风冷系统结构简单，安全可靠，并且易于实现；另一方面是因为储能系统对能量密度和空间的限制不像动力电池系统那么苛刻，可以通过增加电池数目来获得较低的工作倍率和产热率。以集装箱式锂电池储能系统为例，该系统由标准集装箱、锂离子电池系统、电池管理系统、储能变流器、空调和风道、配电柜、七氟丙烷灭火装置等组成。
集装箱式储能电站风冷系统
风道结构设计：风道包括与空调出口连接的主风道、主风道内的挡风板、风道出口以及电池架两端的挡风板。空调输出的气流经风道出口以一定的速度向下流出后，在电池模块前端面板风扇的作用下，从电池模块后端面板进风口进入电池模块内部，流经电池单体表面对电池单体降温，然后由风扇抽出。电池模组后端面板开孔，便于空调输出的气流进入模组内部；前端面板设计轴流风扇，用于将气流抽出，促进气流在电池模组内部的流动。气流进入电池模块内部后流经电池单体表面，与电池单体进行冷热交换后由风扇排出，完成对电池单体的冷却。
集装箱式电池储能系统热管理风冷路线
热管理控制策略——空调控制和电池模块风扇控制。空调控制由空调自身逻辑控制来实现，根据集装箱内部不同温度条件可分为制热模式和制冷模式，制热模式实现对电池低温下的控制和保护，制冷模式实现对电池温升的有效控制。电池模块风扇由电池管理系统控制，且每一个电池模块的风扇可独立控制运行。
热管理风冷路线控制策略
风冷热管理系统有多种不同的结构设计方案。空调结构包括落地一体式、顶置一体式、分体式等构型；送风方式包括顶部送风、背面送风、底部送风等。落地一体式空调用于已预留空调空间的储能集装箱中，通常顶部出风，与集装箱内部的风道相连接，直接对电池组进行精确送风。而如果储能集装箱内部没有空间安装空调，则需要使用顶置一体式空调，空调安装在集装箱顶部，从顶部对电池进行制冷。分体式空调内机安装在电池组当中，前回风背送风，将空调出风口与风道相连，直接对电池进行制冷。
储能电池热管理具体方案
液冷技术：制冷效率更高
液冷方案在保证储能系统安全、散热效率等方面综合优势显著。液冷方案采用水、乙醇、硅油等冷却液，通过液冷板上均匀分布的导流槽和电芯间接接触进行散热。其优点包括：
1）靠近热源，高效制冷；
2）与相同容量的集装箱风冷方案相比，液冷系统不需要设计风道，占地面积节约 50%以上，更适合未来百 MW 级以上的大型储能电站；
3）相比风冷系统，由于减少了风扇等机械部件的使用，故障率更低；
4）液冷噪声低，节省系统自耗电，环境友好。
储能系统热管理液冷路线
液冷系统的核心为冷水机和液冷板。其中冷水机包括压缩机、冷凝器、节流器、蒸发器和水泵等部件；液冷板是将上游的铜和铝等原材料进行加工成相应的板材，液冷板的生产工艺分为钎焊、吹胀、压铸、冲压、搅拌摩擦焊等。
储能液冷系统产业链
02
企业布局：储能热管理主要企业
根据有关机构预计，2025年全球储能热管理市场规模有望达到141亿元。目前储能热管理中液冷方案关注度更高，市面已有成熟方案，新进入者众多，主流供应商仍在加速研究迭代，有望成为未来储能热管理的主流温控方案。由于储能热管理属于单一项目制，因此具有定制化和个性化的特点，需要企业拥有在面对众多客户和不同项目时能具有高效的方案制定和落地的能力。此外，储能系统对经济性要求高，因此热管理企业必须降低综合成本。
储能热管理技术与精密空调、家用空调及新能源车热管理系统技术同源，目前切入储能热管理赛道的主流企业大多有相关业务/技术积累。储能热管理主要参与者据出身可分为空调主机企业、控制系统企业、汽车热管理企业及配件企业。
当前，短期来看，下游储能集成商及电池厂商格局稳定，综合服务好、大客户粘性高的热管理企业拥更大势能。
中期来看，储能安全新国标已正式发布（国家标准GB/T 42288-2022《电化学储能电站安全规程》将于2023年7月1日起正式实施），预计储能消防和温控系统的价值量或将提升。正式版新国标较征求意见稿进一步趋严，但下游客户需求多样化，因此具有快速响应能力、柔性定制能力的热管理厂商将处于领先地位，占据更多市场份额。长期来看，海外已有国际IEC、欧盟CE、欧洲VDE、美国UL、澳洲CEC、日本JIS、联合国UN38.3等储能资质认证，预计未来我国将在头部储能系统集成商带领下形成热管理体系标准化方案，因此拥有稳定的模块化生产能力的厂商将长期受益。
