新能源整车热管理性能仿真——3DEXPERIENCECATIA解决方案－汽车设计与制造资讯

新能源汽车大行其道，热管理系统迎来变革

新能源汽车的发展，对于汽车热管理系统是一场大的变革，热管理的范围、实现方式及零部件都发生了很大改变。一方面，电池作为新能源汽车重要的一部分，因其对温度变化敏感的特性，因此要求必须拥有热管理系统;另一方面，由于新能源汽车动力类型的变化，电驱取代了传统发电机，在空调系统热管理方面使用加热器或热泵空调系统进行采暖，而不再是发动机余热采暖，与此同时电动涡旋压缩机的价值量比传统压缩机有明显提升。

除此之外，在新能源汽车热管理系统中还需考虑电机电控冷却系统和减速器的冷却系统。相比传统燃油汽车更多只注重发动机和空调的热管理，新能源汽车热管理系统更为复杂，需要从系统集成和整体角度出发，统筹热量与动力总成及整车之间的关系，采用综合手段控制和优化热量传递的系统，能够根据行车工况和环境条件，自动调节冷却强度以保证各子系统和零部件在最佳温度范围内稳定可靠的运行，实现降低整车能耗，提高整车舒适性的目的。

方案总述

热管理系统开发过程同样遵循汽车行业“V”模型开发模式，从整车级别到零部件级别，可以分成系统建模和专业建模两个方面，需要借助仿真工具以及通过大量测试验证，在项目前期对产品性能进行预估，以提升开发效率，保障系统可靠性、安全性和使用寿命。

全面集成，让「热管理」更加轻松

1、整车热管理系统建模

DBM是基于公开Modelica系统建模语言的集成建模和仿真环境，具有丰富的多领域模型库，能够通过连接部件快速建立多层级复杂系统模型，利用电池库、热系统库等商业库以及Modelica基础库能够建立热管理系统中主要零部件的仿真模型，建立电池热管理系统、客舱空调系统及电机冷却系统等，并能将各部分系统集成为一个整体的热管理系统，通过系统级的瞬态仿真来对各种实际驾驶工况进行全面评估，并对零部件匹配性进行优化。

A

电池包热管理

电池热管理主要功能包括：电池温度的准确测量和监控;电池组的有效散热;低温条件下的快速加热等。DBM中的电池库包括了三大电池模型：老化模型、热模型和电模型。针对电池包设计需求和热要求对模型进行仿真，提供电连接、热连接和空间布置优化等方案。

B

空调系统设计验证

C

机舱热管理

通过CFD计算分析，把不同温度场、速度场调入到一维模型的换热器，分析前端流场的不均匀性，以及温度场、速度场对前端换气的影响;对各种实际工况进行模拟，以实现机舱热管理的目标。

2、多系统多领域集成

目前有超过100个的CAE工具支持FMI暨功能交换标准，包括常用的工具比如Matlab、AEMsim、GT-SUIT、KULI等软件，基于FMI标准进行车辆系统集成时，通过统一的接口，可以把不同工具或软件的模型集成到统一的平台或架构中，完成对车辆系统的各种性能测试和数据优化。

一维仿真与三维仿真的耦合

利用PowerFlow或X-Flow等三维仿真工具进行温度场、风场等流体计算，可以为Modelica模型提供热边界条件，例如在PowerFlow中分析计算前端模块的温度流场。而三维仿真数据代入一维仿真模型，可以对边界条件进行修正，如此反复迭代，实现整车热管理方针的一维和三维的耦合分析。

整车热管理控制策略设计

对于汽车热管理而言，控制系统必不可少。DBM基础库包含用于控制、逻辑建模的模型库，可用于搭建控制系统。另外也可以导入Simulink搭建的控制律模型到DBM中，与热管理模型进行联合仿真。借助系统仿真模型，分析不同运行工况下压缩机、水泵、风扇以及阀门开度等的控制要求，以此指导热管理控制逻辑的制定。

通过DBM建立的虚拟车辆模型可以通过FMU导入Simulink模型，做实时的仿真：比如开展模型在环(MIL)仿真测试、软件代码在环(SIL)仿真测试、硬件在环(HIL)测试以及车辆故障模拟与诊断等验证与测试工作，以达到一次设计正确的目的。

小结

多学科仿真软件DBM有强大的建模功能和丰富的商业库，能够满足现有的热管理系统建模和性能仿真需求，比如空调系统、电池包热管理系统、发动机冷却系统等。通过接口转换，还可以和不同的软件进行联合仿真，以搭建完整的车辆系统架构，实现控制策略验证、系统平台测试等功能。

基于3DEXPERIENCE的CATIADBM应用介绍：

DBM是Dymola软件集成到3DEXPERIENCE上的一个应用，可以实现以下几个功能：

1.使用Modelica语言快速建模、模拟和验证复杂的工程系统，完全沉浸在基于模型的系统工程方法中。

2.提供了一个Modelica和FMI兼容的解决方案，可以有效地建模和模拟多物理动态系统。

3.通过基于模型的系统工程，可以基于行为和性能模拟快速评估系统架构。

4.可以添加一组全面的模型库，这些模型库相互兼容，以高效、快速地预测系统行为。