移动电源车模块化集成冷却系统解决方案

姜红霞 王凝岚 孙金锋

摘要：针对移动电源车的特点及冷却需求，研制出模块化、集成型的冷却系统，系统包含四组冷却模块，可以实现分别控制，进而调节冷却强度，实现按需冷却。经台架试验及实车试验表明，该冷却系统不仅很好的满足了冷却需求，同时达到了结构紧凑、操控简单、节约能源等目的。

关键词：模块化;集成型散热性能;高温循环;低温循环

0  引言

移动电源车是为满足野外作战时大功率用电部件的用电需求而配置的供电设备，是一种车载发电装置，由发动机提供动力带动发电机进行发电，整个发电装置需要安装在车辆上，由车辆运输，根据作战需要随时能够停下来为用电部件启动运转并供电。要求发电装置能够在各种极端环境条件下运行。为了保证该发电装置在各种极端环境条件的正常供电，特别是在高温湿热环境和高海拔湿热环境条件下，发动机的可靠散热是其能够正常工作的基础。为了给发动机提供充足的散热，需要该冷却系统既要有良好的冷却性能，满足供电装置的散热需要，又要有较高的可靠性，满足在任何苛刻运输环境下的颠簸、振动。

1  模块化集成冷却系统简介及系统原理

1.1 简介

移动电源车与其他领域种类的车型相比有其特殊性，首先，大部分舱体密闭性比较好，规格相对来讲比较统一，整个系统的特点和工作状态相似度很高，同时它的车型种类比较多，而要求的加工周期比较短，针对这种特点和工作状态合理分析热性能，对冷却系统进行模块化产品设计，可以大大缩短加工周期。其次，移动电源车需要配备冷却系统的空间十分有限，不仅散热器等各个部件布置困难，同时也使风道设计难度增加，导致系统阻力大幅增加，影响整个冷却系统的冷却效果。再次，大型移动电源车能耗比较高的问题一直是解决难题，尤其是兆瓦级大功率发电的电源车，降低高能耗已经刻不容缓地摆在面前，研发设计时应充分考虑到应该如何节能。

该项目移动电源车发电功率较大，达兆瓦级，所要求的散热功率也极大，因此其冷却系统的体积也会十分巨大，使得设计、生产、加工难度较大，操作运行也十分复杂。

1.2 系统原理

该大型冷却系统工作方式为电机通电带动风扇转动，使得冷却空气从整个舱体的两侧进入，流经散热器后从顶面排出带走热量，冷却空气先经过低温循环水散热器，再经过高温循环水散热器，低温水和高温水通过主管路分别进入散热器，在散热器中低温循环水和高温循环水分别与冷却空气进行热交换，来降低发动机高、低温循环水的温度，保证发动机的正常、可靠工作（如图1所示）。该冷却系统在设计时采用多组相同的模块并联构成整个冷却系统，在工作中可以根据环境条件以及柴油机的功率输出自主调节模块的开启数量，这种设计方案不仅可以保证最恶劣环境条件下的散热要求，而且还能够灵活调节，在不需要冷却系统全部开启时可以灵活调节和开启子系统，提高整车的经济性，降低能耗，在最优工作点进行工作。

2  模块化集成冷却系统具体方案

首先，大型移动电源车的散热需求按照最恶劣工况点进行设计，需要设计出的冷却系统体积巨大，要求的风扇风量也非常多，但是根据其工作特点，可以采用多模块并行的设计方式，将整个柴油机的热量由相同的4组散热模块进行散热，这种工作方式的优点就是可以保证柴油机在合适的工作温度，减小能量消耗和提高系统的工作可靠性。

其次，对散热模块进行灵活地调节。每组散热模块配置一个散热器、一个轴流风扇和一个三相异步交流电机，每组电机都可以通过策略进行单独控制，从而控制风扇运行的数量，当无所需散掉多余热量时，可以关闭其中一组或者两组电机，只要保证柴油机的循环水在正常的工作温度范围即可。电机选用的是变频调速电机，因此应对整个散热系统设有温度等控制信号并自动驱动电机的频率调整，适时对电机进行变频调速。

再次，柴油机上设有节温器，当水温低于某一温度时，循环水进行小循环工作，风扇停止运行一组或者两组;当高于该温度值时，循环水进行大循环工作，风扇全部运行。

这种运行模式使得大型移动电源车能够适应各种环境特点，尤其是冬季和夏季的季节转换，寒区和热区的地点转换，可以按照所需进行能量损耗的降低，实现了冷却系统的系统节能。

按照模块化的设计思想，将整个冷却系统分为4个相同的冷却模块（如图2所示），每个冷却模块都包括高温循环和低温循环两台水散热器、风圈、两个冷却风扇、两套驱动电机以及安装散热器和电机的支架。整个系统还包括系统管路和膨胀水箱。

3  散热性能匹配计算

散热量：高温循环散热量为1000kW，低温循环散热量为200kW;

水流量：高温循环68.5m3/h，低温循环26.5m3/h;

温度：柴油机高温循环出口温度不超过85℃，低温循环的进口温度不超过55℃。

在前述对换热元件深入研究的基础上，综合考虑散热量、温差、耗功等要求和部件现有水平，系统所需的总冷却风量为59m3/s，将各散热器冷却风量以及所占空间进行分配，在给定的空间内合理地选择各种结构参数，经多次匹配计算确定单个冷却模块性能如表1所示。

4  实施效果

该冷却系统的主要技术指标是能够散掉足够的热量，保证柴油机的正常工作。经过装机调试、热区试验、寒区试验证明，该冷却系统能够满足柴油机正常工作的要求，满足指标要求，指标符合性情况见表2。

产品完成与车体总装后，整车在304试验基地及新疆试验基地均进行了全功率发電状态的运行试验，试验结果表明冷却系统能够很好的满足整车的冷却需求。

5  结论

经实车试验及台架试验证明，模块化集成冷却装置能够很好的满足车辆野外恶劣条件、多样复杂耦合工况下的冷却需求，提升散热效率的同时实现了体积重量的减小。模块化的系统能够实现设计集成、制造集成，目前产品已批量生产并应用于系列化电源车，达到了低能耗、轻量化、小型化、高可靠性以及低成本的目的，对整车的节能减排、降低能量消耗、提高燃料利用等发挥了积极的作用，为车辆节能、提高经济性提供技术保障。

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