新能源汽車大行其道，熱管理系統(tǒng)迎來變革

　　新能源汽車的發(fā)展，對于汽車熱管理系統(tǒng)是一場大的變革，熱管理的范圍、實現(xiàn)方式及零部件都發(fā)生了很大改變。一方面，電池作為新能源汽車重要的一部分，因其對溫度變化敏感的特性，因此要求必須擁有熱管理系統(tǒng);另一方面，由于新能源汽車動力類型的變化，電驅(qū)取代了傳統(tǒng)發(fā)電機，在空調(diào)系統(tǒng)熱管理方面使用加熱器或熱泵空調(diào)系統(tǒng)進行采暖，而不再是發(fā)動機余熱采暖，與此同時電動渦旋壓縮機的價值量比傳統(tǒng)壓縮機有明顯提升。

　　除此之外，在新能源汽車熱管理系統(tǒng)中還需考慮電機電控冷卻系統(tǒng)和減速器的冷卻系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)燃油汽車更多只注重發(fā)動機和空調(diào)的熱管理，新能源汽車熱管理系統(tǒng)更為復(fù)雜，需要從系統(tǒng)集成和整體角度出發(fā)，統(tǒng)籌熱量與動力總成及整車之間的關(guān)系，采用綜合手段控制和優(yōu)化熱量傳遞的系統(tǒng)，能夠根據(jù)行車工況和環(huán)境條件，自動調(diào)節(jié)冷卻強度以保證各子系統(tǒng)和零部件在最佳溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠的運行，實現(xiàn)降低整車能耗，提高整車舒適性的目的。

方案總述

　　熱管理系統(tǒng)開發(fā)過程同樣遵循汽車行業(yè)“V”模型開發(fā)模式，從整車級別到零部件級別，可以分成系統(tǒng)建模和專業(yè)建模兩個方面，需要借助仿真工具以及通過大量測試驗證，在項目前期對產(chǎn)品性能進行預(yù)估，以提升開發(fā)效率，保障系統(tǒng)可靠性、安全性和使用壽命。

　　本文重點介紹基于3DEXPERIENCE上DBM軟件的整車熱管理系統(tǒng)仿真建模，和基于DBM開放性的多系統(tǒng)多領(lǐng)域解決方案，包括與控制策略設(shè)計的對接、系統(tǒng)相關(guān)測試以及與三維仿真的耦合。

全面集成，讓「熱管理」更加輕松

1、整車熱管理系統(tǒng)建模

　　DBM是基于公開Modelica系統(tǒng)建模語言的集成建模和仿真環(huán)境，具有豐富的多領(lǐng)域模型庫，能夠通過連接部件快速建立多層級復(fù)雜系統(tǒng)模型，利用電池庫、熱系統(tǒng)庫等商業(yè)庫以及Modelica基礎(chǔ)庫能夠建立熱管理系統(tǒng)中主要零部件的仿真模型，建立電池熱管理系統(tǒng)、客艙空調(diào)系統(tǒng)及電機冷卻系統(tǒng)等， 并能將各部分系統(tǒng)集成為一個整體的熱管理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)級的瞬態(tài)仿真來對各種實際駕駛工況進行全面評估，并對零部件匹配性進行優(yōu)化。

　　A

　　電池包熱管理

　　電池熱管理主要功能包括：電池溫度的準確測量和監(jiān)控;電池組的有效散熱;低溫條件下的快速加熱等。DBM中的電池庫包括了三大電池模型：老化模型、熱模型和電模型。針對電池包設(shè)計需求和熱要求對模型進行仿真，提供電連接、熱連接和空間布置優(yōu)化等方案。

　　B

　　空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計驗證

　　對熱管理系統(tǒng)進行系統(tǒng)建模和仿真的功能之一是對各種零部件的性能做出評估，為選擇或者驗證提供依據(jù)，比如蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機等性能的評估;此外還可以進行AC系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化以及熱泵系統(tǒng)的建模，包括對典型工況做出評估、進行高COP優(yōu)化設(shè)計、驗證各種節(jié)能/補償策略等，以實現(xiàn)客艙降/升溫功能和相關(guān)的控制、優(yōu)化、能力驗證。

　　C

　　機艙熱管理

　　通過CFD計算分析，把不同溫度場、速度場調(diào)入到一維模型的換熱器，分析前端流場的不均勻性，以及溫度場、速度場對前端換氣的影響;對各種實際工況進行模擬，以實現(xiàn)機艙熱管理的目標。

2、多系統(tǒng)多領(lǐng)域集成

　　目前有超過100個的CAE工具支持FMI暨功能交換標準，包括常用的工具比如Matlab、AEMsim、GT-SUIT、KULI等軟件，基于FMI標準進行車輛系統(tǒng)集成時，通過統(tǒng)一的接口，可以把不同工具或軟件的模型集成到統(tǒng)一的平臺或架構(gòu)中，完成對車輛系統(tǒng)的各種性能測試和數(shù)據(jù)優(yōu)化。

　　A

　　一維仿真與三維仿真的耦合

　　利用PowerFlow或X-Flow等三維仿真工具進行溫度場、風場等流體計算，可以為Modelica模型提供熱邊界條件，例如在PowerFlow中分析計算前端模塊的溫度流場。而三維仿真數(shù)據(jù)代入一維仿真模型，可以對邊界條件進行修正，如此反復(fù)迭代，實現(xiàn)整車熱管理方針的一維和三維的耦合分析。

　　B

　　整車熱管理控制策略設(shè)計

　　對于汽車熱管理而言，控制系統(tǒng)必不可少。DBM基礎(chǔ)庫包含用于控制、邏輯建模的模型庫，可用于搭建控制系統(tǒng)。另外也可以導入Simulink搭建的控制律模型到DBM中，與熱管理模型進行聯(lián)合仿真。借助系統(tǒng)仿真模型，分析不同運行工況下壓縮機、水泵、風扇以及閥門開度等的控制要求，以此指導熱管理控制邏輯的制定。

　　C

　　整車熱管理系統(tǒng)的相關(guān)測試

　　通過DBM建立的虛擬車輛模型可以通過FMU導入Simulink模型，做實時的仿真：比如開展模型在環(huán)(MIL)仿真測試、軟件代碼在環(huán)(SIL)仿真測試、硬件在環(huán)(HIL)測試以及車輛故障模擬與診斷等驗證與測試工作，以達到一次設(shè)計正確的目的。

　小結(jié)

　　多學科仿真軟件DBM有強大的建模功能和豐富的商業(yè)庫，能夠滿足現(xiàn)有的熱管理系統(tǒng)建模和性能仿真需求，比如空調(diào)系統(tǒng)、電池包熱管理系統(tǒng)、發(fā)動機冷卻系統(tǒng)等。通過接口轉(zhuǎn)換，還可以和不同的軟件進行聯(lián)合仿真，以搭建完整的車輛系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)控制策略驗證、系統(tǒng)平臺測試等功能。

基于3DEXPERIENCE的CATIA DBM應(yīng)用介紹：

　　DBM是Dymola軟件集成到3DEXPERIENCE上的一個應(yīng)用，可以實現(xiàn)以下幾個功能：

　　1.使用Modelica語言快速建模、模擬和驗證復(fù)雜的工程系統(tǒng)，完全沉浸在基于模型的系統(tǒng)工程方法中。

　　2.提供了一個Modelica和FMI兼容的解決方案，可以有效地建模和模擬多物理動態(tài)系統(tǒng)。

　　3.通過基于模型的系統(tǒng)工程，可以基于行為和性能模擬快速評估系統(tǒng)架構(gòu)。

　　4.可以添加一組全面的模型庫，這些模型庫相互兼容，以高效、快速地預(yù)測系統(tǒng)行為。

（轉(zhuǎn)載）