汽車熱管理系統(tǒng)仿真分析與實例解析 課件 02 動力系統(tǒng)熱管理

第二章：動力系統(tǒng)熱管理《汽車熱管理系統(tǒng)仿真分析與實例解析》學習目標：汽車動力系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)構造鋰離子動力電池和發(fā)動機熱特性模型動力系統(tǒng)的熱管理方式汽車動力系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)建模與仿真分析本章導讀2.1?鋰離子動力電池系統(tǒng)熱管理設計與仿真2.1.1?鋰離子動力電池熱管理系統(tǒng)介紹1）限制電池的溫度，使其不超過允許的最高溫度；2）降低電池單體間的溫度差異：3）保持電池運行在最佳性能和最長壽命的溫度區(qū)間。電池熱管理系統(tǒng)的三個基本目標：2.1?鋰離子動力電池系統(tǒng)熱管理設計與仿真2.1.1?鋰離子動力電池熱管理系統(tǒng)介紹電池熱管理方式：01空氣冷卻02液體冷卻03相變材料（PhaseChangeMaterial）冷卻05多種冷卻方式的組合04熱管冷卻電池熱管理方式發(fā)動機熱管理方式優(yōu)缺點對比2.1?鋰離子動力電池系統(tǒng)熱管理設計與仿真2.1.2?鋰離子電池熱分析及熱特性模型電池產(chǎn)熱方式包括產(chǎn)熱模型、電池內(nèi)部的傳熱模型，以及電池間和電池與外界的傳熱模型。其主要用途為求解電池的溫度。電池熱特性模型第一種產(chǎn)熱模型基于電池內(nèi)阻。第二種產(chǎn)熱模型為電化學-熱耦合模型。第三種產(chǎn)熱模型為電-熱耦合模型。電池產(chǎn)熱模型圓柱電池熱分析圓柱電池內(nèi)部結(jié)構導熱系數(shù)計算產(chǎn)熱分布：軸向：并聯(lián)電阻法徑向：串聯(lián)電阻法軸向：橢圓狀徑向：環(huán)狀軟包電池熱分析外觀結(jié)構：層狀結(jié)構產(chǎn)熱分布：

正極極耳溫度最高；

負極極耳溫度最低；

電池體上的問題梯度呈現(xiàn)從正極極耳向正極極耳對角下降的溫度分布方形電池熱分析方形電池方形電池內(nèi)阻與SOC、溫度的關系產(chǎn)熱特性：

電池溫度隨電流放電倍率增加不斷升高，電池在低放電倍率下有明顯的上升平臺期。

高放電倍率時，這一平臺期小時，電池溫度迅速升高。2.1?鋰離子動力電池系統(tǒng)熱管理設計與仿真2.1.3?動力電池熱管理系統(tǒng)建模與仿真（1/4）電動汽車在正常行駛過程中，其動力電池溫度必須控制一定范圍內(nèi)。一般地講，電動汽車行駛時，當動力電池溫度高于設定溫度時，動力電池熱管理系統(tǒng)即啟動。本案例選取動力電池水冷系統(tǒng)為討論對象，研究當系統(tǒng)處于常開狀態(tài)時，Chiller的冷卻能力，即可以保持的冷卻液出口溫度水平。Chiller（換熱器）是純電動汽車上一種緊湊型的冷卻裝置，動力電池的冷卻液流經(jīng)Chiller中的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器中的制冷劑通過熱交換將冷卻液的熱量帶走，從而降低冷卻液溫度。2.1?鋰離子動力電池系統(tǒng)熱管理設計與仿真2.1.3?動力電池水冷系統(tǒng)建模與仿真模型搭建2.1?鋰離子動力電池系統(tǒng)熱管理設計與仿真2.1.3?動力電池水冷系統(tǒng)建模與仿真結(jié)果分析：隨著時間的發(fā)展水冷側(cè)的工質(zhì)水與熱側(cè)的空氣發(fā)生熱交換，溫度逐漸升高最終達到熱平衡態(tài)。2.2?發(fā)動機熱管理系統(tǒng)設計與仿真發(fā)動機熱管理系統(tǒng)結(jié)構經(jīng)典的發(fā)動機熱管理系統(tǒng)實物圖經(jīng)典的發(fā)動機熱管理系統(tǒng)結(jié)構示意圖系統(tǒng)中的節(jié)溫器依據(jù)流經(jīng)的冷卻液的溫度高低，打開或關閉冷卻液流向散熱器的路徑，從而實現(xiàn)對發(fā)動機溫度的調(diào)控。2.2?發(fā)動機熱管理系統(tǒng)設計與仿真2.2.1?發(fā)動機管理關鍵性能指標一般用以下的四個評價參數(shù)來完成對發(fā)動機熱管理系統(tǒng)的評價。功率系數(shù)體積系數(shù)有效阻力系數(shù)沸騰環(huán)境溫度由發(fā)動機熱管理系統(tǒng)中冷卻液的體積和發(fā)動機的額定功率的比值計算得到冷卻液沸騰時的外界環(huán)境溫度。由發(fā)動機驅(qū)動風扇所消耗的功率和發(fā)動機的額定功率的比值計算得到由散熱器空氣側(cè)的阻力和冷卻風道中的總阻力的比值計算得到2.2?發(fā)動機熱管理系統(tǒng)設計與仿真2.2.2?發(fā)動機產(chǎn)熱原理及熱特性模型發(fā)動機熱特性模型主要用于計算發(fā)動機熱管理系統(tǒng)熱負荷，以及缸體、冷卻液、箱體等的溫度。通過發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、參數(shù)計算發(fā)動機有效功率和平均有效壓力，以發(fā)動機萬有特性曲線MAP圖為基本數(shù)據(jù)信息，利用插值法確定發(fā)動機單位功率燃油消耗量及發(fā)動機水套散熱系數(shù)，從而求解發(fā)動機內(nèi)燃燒產(chǎn)熱量和發(fā)動機熱管理系統(tǒng)熱負荷。2.2?發(fā)動機熱管理設計與仿真2.2.3?發(fā)動機熱管理系統(tǒng)建模與仿真發(fā)動機熱管理系統(tǒng)結(jié)構圖經(jīng)典的發(fā)動機熱管理系統(tǒng)結(jié)構示意圖2.2.3?發(fā)動機熱管理系統(tǒng)建模與仿真該模型研究了在給定發(fā)動機工作點（車速=45km/h，變速箱速比=3，道路坡度=6%）下發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的行為。該冷卻系統(tǒng)的目標是將冷卻液溫度調(diào)節(jié)到一個合適的值（大約90℃）。AITherMA中的發(fā)動機熱管理系統(tǒng)建模結(jié)果2.2.3?發(fā)動機熱管理系統(tǒng)建模與仿真從時間0s到65s，節(jié)溫器關閉，因為它的開啟溫度在節(jié)溫器模型中設置為87