汽车热管理系统仿真分析与实例解析 课件 02 动力系统热管理

第二章：动力系统热管理《汽车热管理系统仿真分析与实例解析》学习目标：汽车动力系统的热管理系统构造锂离子动力电池和发动机热特性模型动力系统的热管理方式汽车动力系统的热管理系统建模与仿真分析本章导读2.1 锂离子动力电池系统热管理设计与仿真2.1.1 锂离子动力电池热管理系统介绍1）限制电池的温度，使其不超过允许的最高温度；2）降低电池单体间的温度差异：3）保持电池运行在最佳性能和最长寿命的温度区间。电池热管理系统的三个基本目标：2.1 锂离子动力电池系统热管理设计与仿真2.1.1 锂离子动力电池热管理系统介绍电池热管理方式：01空气冷却02液体冷却03相变材料（PhaseChangeMaterial）冷却05多种冷却方式的组合04热管冷却电池热管理方式发动机热管理方式优缺点对比2.1 锂离子动力电池系统热管理设计与仿真2.1.2 锂离子电池热分析及热特性模型电池产热方式包括产热模型、电池内部的传热模型，以及电池间和电池与外界的传热模型。其主要用途为求解电池的温度。电池热特性模型第一种产热模型基于电池内阻。第二种产热模型为电化学-热耦合模型。第三种产热模型为电-热耦合模型。电池产热模型圆柱电池热分析圆柱电池内部结构导热系数计算产热分布：轴向：并联电阻法径向：串联电阻法轴向：椭圆状径向：环状软包电池热分析外观结构：层状结构产热分布：

正极极耳温度最高；

负极极耳温度最低；

电池体上的问题梯度呈现从正极极耳向正极极耳对角下降的温度分布方形电池热分析方形电池方形电池内阻与SOC、温度的关系产热特性：

电池温度随电流放电倍率增加不断升高，电池在低放电倍率下有明显的上升平台期。

高放电倍率时，这一平台期小时，电池温度迅速升高。2.1 锂离子动力电池系统热管理设计与仿真2.1.3 动力电池热管理系统建模与仿真（1/4）电动汽车在正常行驶过程中，其动力电池温度必须控制一定范围内。一般地讲，电动汽车行驶时，当动力电池温度高于设定温度时，动力电池热管理系统即启动。本案例选取动力电池水冷系统为讨论对象，研究当系统处于常开状态时，Chiller的冷却能力，即可以保持的冷却液出口温度水平。Chiller（换热器）是纯电动汽车上一种紧凑型的冷却装置，动力电池的冷却液流经Chiller中的蒸发器，蒸发器中的制冷剂通过热交换将冷却液的热量带走，从而降低冷却液温度。2.1 锂离子动力电池系统热管理设计与仿真2.1.3 动力电池水冷系统建模与仿真模型搭建2.1 锂离子动力电池系统热管理设计与仿真2.1.3 动力电池水冷系统建模与仿真结果分析：随着时间的发展水冷侧的工质水与热侧的空气发生热交换，温度逐渐升高最终达到热平衡态。2.2 发动机热管理系统设计与仿真发动机热管理系统结构经典的发动机热管理系统实物图经典的发动机热管理系统结构示意图系统中的节温器依据流经的冷却液的温度高低，打开或关闭冷却液流向散热器的路径，从而实现对发动机温度的调控。2.2 发动机热管理系统设计与仿真2.2.1 发动机管理关键性能指标一般用以下的四个评价参数来完成对发动机热管理系统的评价。功率系数体积系数有效阻力系数沸腾环境温度由发动机热管理系统中冷却液的体积和发动机的额定功率的比值计算得到冷却液沸腾时的外界环境温度。由发动机驱动风扇所消耗的功率和发动机的额定功率的比值计算得到由散热器空气侧的阻力和冷却风道中的总阻力的比值计算得到2.2 发动机热管理系统设计与仿真2.2.2 发动机产热原理及热特性模型发动机热特性模型主要用于计算发动机热管理系统热负荷，以及缸体、冷却液、箱体等的温度。通过发动机转矩、转速、参数计算发动机有效功率和平均有效压力，以发动机万有特性曲线MAP图为基本数据信息，利用插值法确定发动机单位功率燃油消耗量及发动机水套散热系数，从而求解发动机内燃烧产热量和发动机热管理系统热负荷。2.2 发动机热管理设计与仿真2.2.3 发动机热管理系统建模与仿真发动机热管理系统结构图经典的发动机热管理系统结构示意图2.2.3 发动机热管理系统建模与仿真该模型研究了在给定发动机工作点（车速=45km/h，变速箱速比=3，道路坡度=6%）下发动机冷却系统的行为。该冷却系统的目标是将冷却液温度调节到一个合适的值（大约90℃）。AITherMA中的发动机热管理系统建模结果2.2.3 发动机热管理系统建模与仿真从时间0s到65s，节温器关闭，因为它的开启温度在节温器模型中设置为87