1D+3D共仿真助力新能源汽车热管理开发课件

1、1D+3D共仿真助力新能源汽车热管理开发1D+3D共仿真助力新能源汽车热管理开发1D 整车系统模型包括：整车模型电池、电机模型空调系统驾驶舱热模型电池、电机冷却系统模型3D 电池包详细模型：预测真实的单体温度变化冷却系统边界及真实的电气负载来自1D模型预测电池包内部的流量分布和温度分布EV热管理系统仿真及分析courtesy of ASCS, Stuttgart and Behr冷却系统匹配分析实际驾驶循环工况，预测新的续驶里程评估空调系统对乘员舱热舒适性和续驶里程的影响1D 整车系统模型包括：EV热管理系统仿真及分析courEV典型的热管理架构Logically, there are sev

2、eral possible status listed here:EP, Bat both cooled by radiator;EP cooled, bat cooled by chiller;EP, Bat both no cooling and heating;EP cooled, Bat heated by EP;EP cooled, Bat heated by heater;EP no cooling, Bat heated by EP;EP no cooling, Bat heated by heater;EP no cooling, Bat cooled by chiller;I

3、t is important to do the architectural analysis using System simulation !EV典型的热管理架构Logically, there are整车能量管理: 热管理+动力性/经济性模型+控制模型Temperature,Power request,Velocity, power lossesSimple control signal整车能量管理: 热管理+动力性/经济性模型+控制模型Temp系统模型分析：冷却系统匹配 散热器匹配分析系统模型分析：冷却系统匹配 散热器匹配分析系统模型分析：低温对EV续驶里程的影响 不同电池及乘员舱初始

4、温度乘员舱加热电池加热电池安全控制分析工况电池目标温度：10degC乘员舱目标温度：20degC系统模型分析：低温对EV续驶里程的影响 不同电池及乘员舱初始系统模型分析：低温对EV续驶里程的影响 不同电池及乘员舱初始温度不同工况的续驶里程预测对比系统模型分析：低温对EV续驶里程的影响 不同电池及乘员舱初始系统模型分析：空调系统对乘员舱热舒适性和续驶里程的影响不同热管理策略乘员舱和电池热管理的平衡分析Chiller 集中参数模型State chart 热管理策略系统模型分析：空调系统对乘员舱热舒适性和续驶里程的影响不同热系统模型分析：空调系统对乘员舱热舒适性和续驶里程的影响热管理策略（strat

5、egy1:乘员舱优先； strategy2：电池优先； strategy3：乘员舱和电池平衡 ）及不同的环境温度边界乘员舱温度目标20-24电池温度目标20-32系统模型分析：空调系统对乘员舱热舒适性和续驶里程的影响热管理系统模型分析：空调系统对乘员舱热舒适性和续驶里程的影响不同工况下电池及乘员舱达到目标时间对比温度和热管理策略对SOC（续驶里程）的影响系统模型分析：空调系统对乘员舱热舒适性和续驶里程的影响不同工整车能量管理的核心电池包能量管理电池温度和驾驶舱温度高度耦合Damage the batteryDecrease of battery capacity -10C40CBattery

6、temperatureAcceptable working temperature15C35CCabin AirtemperatureTemperature ranges are closeWhat is the best solution ?整车能量管理的核心电池包能量管理电池温度和驾驶舱温度高度全面的多层级动力电池设计仿真解决方案电池建模专家纳米级到米级尺度的分析范围SIMCENTER AmesimSIMCENTERStar CCM+微观结构电化学虚拟的电子显微镜测试 生产的电机结构新的导电体研究虚拟电芯设计和测试详细的几何描述耦合性能模型流体，热&电化学分析研究详细的电芯，模组和电池包级

7、的空间分布问题电池包预设计，整车和控制集成下的验证整体系统设计 参数辨识电芯/电池包的电-热模块SIMCENTERBDS全面的多层级动力电池设计仿真解决方案电池建模专家纳米级到米电池包热管理完整的工具链及分析流程设定电池包动力性能指标热管理性能定义简单的电池包热模型；确认草图方案建立电池包电气模型；输出性能，热量电池包电气参数辨识试验集成电池包电气模型和热模型，进行分析建立热管理系统模型；电池包电气模型/电池包热模型/热管理系统模型集成。PackCFD分析BMS模型实时化；实时模型详细的CAD设计；零部件参数确定。试验数据MILHIL电池包布置草图BMS控制模型CAD冻结；样件制作；电池包热模

8、型验证Amesim/BDSAmesimAmesimSTAR-CCM+AmesimAmesimHeedsAmesim电芯电化学体系选型，方案设计；电芯等效模型建立BDS贯穿整个设计流程的热管理系统集成分析SIMCENTER AmesimSIMCENTERStar CCM+SIMCENTERBDS电池包热管理完整的工具链及分析流程设定电池包动力性能指标电池包热模型Pack CFD modelBattery model & Pack thermal 1D modelCCM+ 通过BSM与BDS电池模型耦合CCM+通过与Amesim的接口和Amesim电池模型，热管理系统模型耦合电池模型与CFD耦合方

9、式电池包水冷热模型：电池与水冷板的换热；电池与电池、墙体之间的自然对流和辐射换热；通过热平衡，得到电池单体的温度，再返回给电池电气模型；水冷流体管道模型计算流体的对流换热，还计算流体的阻力损失；水冷管路与热管理系统连接。单体电池组成的电池包电气模型：计算电池输出特性（电压，SOC，发热量）单体电池模型由电池参数辨识工具辨识电池的OCV（SoC, Temp)，欧姆内阻（A,SoC, Temp), 扩散内阻（A,SoC,Temp)通过电池的热端口将热量和温度与电池包水冷热模型耦合电池包热模型Pack CFD modelBattery moAmesim 电池模型：电池参数预设计工具Amesim 电池

10、模型：电池参数预设计工具Amesim 电池模型：动态电池模型动态电池模型由电池参数辨识工具辨识电池的OCV（SoC, Temp)，欧姆内阻（A,SoC, Temp), 扩散内阻（A,SoC,Temp)Amesim 电池模型：动态电池模型动态电池模型由电池参数辨专业库Amesim 环境3D 窗口 前端总成 换热器装配 （HEAT库）专业库Amesim 环境3D 窗口 前端总成 换热器装配机舱前端模块耦合1.CCM+ 计算风侧的风速和温度作为Amesim前端模块风侧的输入条件2.Amesim直接调用CCM+求解器计算风侧的速度和温度，Amesim计算换热器的换热量机舱准确边界的计算21机舱前端模块

11、耦合1.CCM+ 计算风侧的风速和温度作Refined cabin model for thermal comfort focusMulti zone cabin model with : 1D / CFD low coupling (SimCenter Amesim / Star-CCM+ )驾驶舱耦合Specific GUI for basic cabin geometry dimensionAutomatic generation of simplified multi-zone air volume CADWindshieldRear shieldTop front left side

12、Top front right sideTop rear left sideTop rear right sideBottom front left sideBottom front right sideBottom rear left sideBottom rear right sideAutomatic parametrization of generic 1D cabin modelWalls / layersAir volumesCFD calculation with batch for all conditions:Blower settingMode (vent air flow

13、 distribution)Recirculation rateCFD results implemented as maps in 1D modelAir flow distribution between volumesAir velocity at walls1D cabin modelRefined cabin model for therma驾驶舱耦合Coupling :CFD calculation call criteriaWhen blower position change is detected (example)Other calls can be easily set up with dedicated component in the 1D modelInputs/outputs :From Simcenter Amesim :Air vents mass flow rateWall temperaturesFrom STAR-CCM+ :Air mass flow rate between zonesWall convective heat exchange areasWall Heat Transfer Coefficients Amesim cabin modelCFD :