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基于TIL热仿真模型 的新能源汽车热管理系统仿真与控制策略开发

        新能源车近来成为汽车领域 的热门话题,各大汽车厂商争相推出产品抢夺市场。新能源车成为国内厂商提升品牌形象与技术实力进行弯道超车 的绝好舞台。新能源车采用了新 的驱动系统,在一定程度上颠覆了传统 的热管理设计思路,汽车厂商需要重新设计热管理系统。这对于各汽车厂商来说既是机会又是挑战。随着新车型对研发周期、成本 的要求不断提高,引进先进 的设计手段提高开发效率,使自己 的产品较快占领市场成为必然。

解决方案

        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 的P图虻ァ⒁锥痢⒁子谩⒁籽АM币参没Ф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App。

        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

 

        乘员舱室模型考虑乘员数、太阳辐射、车速、舱室材料、内外循环等影响因素,除完成乘员舱温度、湿度计算外还可根据长波辐射和DIN ENISO7730标准实现对人体舒适度计算。天气计算模块可以考虑不同经纬度、不同风速风向、不同太阳辐射强度、不同温度湿度等多种天气条件对乘员舱温度 的影响。

 

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

•  汽车空调系统仿真与控制算法开发

 

图 4  空调系统仿真模型

 

        基于TIL热仿真模型库搭建 的空调系统仿真模型如图4所示。仿真模型包括空调制冷循环、PTC制热循环、冷凝器散热回路、乘员舱送风回路、冷热风混合风门、新风混合风门。

 

图 5  空调系统仿真

 

        系统模型可以完整 的模拟不同工况对乘员舱温度 的影响,可以考虑不同冷热风混合比例对温度 的影响,可以考虑循环新风对乘员舱温度和舒适度 的影响,可以模拟压缩机启停工况对乘员舱温度 的影响,仿真结果如图5所示。

        此外,空调系统模型还可以通过FMU/S-function导入Simulik。大家将压缩机转速、PTC加热量、鼓风机转速、风门开度等做成输入接口,用于外部输入信息。将大家所关心 的乘员舱温度、PTC温度、蒸发器出口温度、冷热风混合后温度等信息做成输出接口,用于向外部输出信息。将模型封装成相应 的模块后,就可以导入Simulink,可实现空调控制器MIL层级 的测试。

 

图 6  空调系统仿真

 

        与此同时,仿真模型可以以FMU 的形式导入NI、concurrent、Higale等仿真机。从而实现HIL层级 的仿真测试。

 

图 7  空调系统仿真

 

•  电池热管理系统仿真

 

图 8  热管理系统模型

 

        采用TIL热仿真模型库,可搭建完整 的电池热管理系统。如上图所示,热管理系统包括制冷系统回路、冷凝器散热回路、乘员舱送风系统回路、电池冷却系统回路、电池驱动回路。搭建好 的仿真模型可以用于热管理系统性能分析、控制策略设计等。

总结

        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。

        lol总决赛下注拥有一支经验丰富、技术专业 的新能源汽车热管理支撑团队,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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