新能源车辆的热管理主要是针对乘员舱的温度控制和电池包的温度控制。乘员舱的温度控制一般采用空调系统。电池包有风冷和液冷两种方式,研究表明风冷方式易实现,但电池包温度梯度变化较大,不利于电池稳定工作。通过冷却液与空调系统的制冷剂进行换热的液冷方式逐渐成为主流。乘员舱及电池包的加热方式一般采用PTC加热器来完成。这样的热管理系统不能再依据已有车型进行简单改进,而需要将不同的系统进行匹配设计。与之对应的热管理控制策略控制算法也需要重新编写。
目前国外主流汽车厂商多采用基于模型的设计方法进行系统设计与匹配,并在模型的基础上进行控制策略的开发。模型的优势在于并不针对某一特性车型,通用的元件模型可为不同车型提供服务,用户只需要按照车型要求搭建相应的系统就可以使用。
采用一维仿真模型进行系统仿真可以将制冷循环、空气循环、液冷系统、电驱动系统等整合到一个仿真模型。这样的仿真模型可用于方案选型设计、匹配设计、系统性能分析、控制系统开发、能耗分析、综合热能管理等不同方面。TIL热仿真模型库提供了新能源车热仿真所需要的全部模型。基于面向对象的建模语言建模,使模型具有较高的可读性,对于用户来说模型简单、易读、易用、易学。同时也为用户二次开发提供接口,便于用户在现有模型基础上进一步提升自身设计开发能力。
此外,TIL模型库搭建的系统模型还可以在Simulink中与控制算法进行联仿,在NI、Concurrent、Higale等仿真机中进行实时仿真,进一步拓展了模型的应用领域。
TIL热仿真模型库由热物性模型TIL Media、热流体元件TIL Suit、文件读取TIL File Reader、可添加模块TIL Add-On、结果后处理等模块TIL DaVE组成。
图 1 TIL热仿真模型库
其中TIL Suit包括热流体元件和系统模型,如图1所示,基础模型库包括各种类型的换热器模型和按照理想气体、不可压流体、相变介质分类的元件模型(管路、泵、压缩机、风扇、罐体、阀门等)。换热器模型采用几何结构与理论计算相结合的方式建模,采用换热和压降关联式计算换热和压降。其中的关联式可以根据实际工况选择和替换。热力学模型可以进行稳态和瞬态仿真,例如湿空气模型可以实现蒸发、冷凝、动态水平衡等的仿真。丰富的模型和通用的模型接口允许不同领域的热流体仿真模型组合成在一起进行仿真分析。
TIL Media为热物性计算模型,介质模型库涵盖多种介质,介质模型经过优化后能够实现模型的快速仿真精确计算。与此同时通过TIL Media Suite interfaces可以将TIL Media用于其他软件。
TIL File Reader允许导入外部数据,包括.csv和Dymola结果文件。并针对每一个变量提供一个直观的GUI界面和可选的插值函数。
TIL Add-On模型库针对不同应用领域拥有更专业的补充模块。例如舱室模型如下图所示。
图 2 乘员舱室模型及天气模块
图 3 TIL DaVE可视化模块
此外,可添加模块还提供针对电池包的电池模型、燃料电池模型、功率电子热模型、发动机模型、电机及逆变器模型、参数分析及后处理模块、电厂热仿真模型等等。
应用案例
图 4 空调系统仿真模型
图 5 空调系统仿真
图 6 空调系统仿真
图 7 空调系统仿真
图 8 热管理系统模型
基于模型的热管理设计思路,不仅可以提高热管理系统设计的效率,还可以打通热管理与控制策略开发之间的障碍。热管理设计与控制策略开发可以采用同一套模型。不但有利于不同部门之间的协作,还将有效降研发低成本。
恒润科技拥有一支经验丰富、技术专业的新能源汽车热管理支持团队,为汽车及工程机械行业整车厂和供应商提供完整的热管理解决方案和工程服务,团队将通过快速的技术响应为您提供专业的服务!
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