汽車熱管理系統(tǒng)仿真分析與實(shí)例解析 課件 02 動(dòng)力系統(tǒng)熱管理

第二章：動(dòng)力系統(tǒng)熱管理《汽車熱管理系統(tǒng)仿真分析與實(shí)例解析》學(xué)習(xí)目標(biāo)：汽車動(dòng)力系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)構(gòu)造鋰離子動(dòng)力電池和發(fā)動(dòng)機(jī)熱特性模型動(dòng)力系統(tǒng)的熱管理方式汽車動(dòng)力系統(tǒng)的熱管理系統(tǒng)建模與仿真分析本章導(dǎo)讀2.1?鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)熱管理設(shè)計(jì)與仿真2.1.1?鋰離子動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(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(yùn)行在最佳性能和最長壽命的溫度區(qū)間。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的三個(gè)基本目標(biāo)：2.1?鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)熱管理設(shè)計(jì)與仿真2.1.1?鋰離子動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)介紹電池?zé)峁芾矸绞剑?1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?zé)峁芾矸绞桨l(fā)動(dòng)機(jī)熱管理方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比2.1?鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)熱管理設(shè)計(jì)與仿真2.1.2?鋰離子電池?zé)岱治黾盁崽匦阅Ｐ碗姵禺a(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?zé)崽匦阅Ｐ偷谝环N產(chǎn)熱模型基于電池內(nèi)阻。第二種產(chǎn)熱模型為電化學(xué)-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?zé)岱治鰣A柱電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)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?zé)岱治鐾庥^結(jié)構(gòu)：層狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)熱分布：

正極極耳溫度最高；

負(fù)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(duì)角下降的溫度分布方形電池?zé)岱治龇叫坞姵胤叫坞姵貎?nèi)阻與SOC、溫度的關(guān)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(tái)期。

高放電倍率時(shí)，這一平臺(tái)期小時(shí)，電池溫度迅速升高。2.1?鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)熱管理設(shè)計(jì)與仿真2.1.3?動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)建模與仿真（1/4）電動(dòng)汽車在正常行駛過程中，其動(dòng)力電池溫度必須控制一定范圍內(nèi)。一般地講，電動(dòng)汽車行駛時(shí)，當(dāng)動(dòng)力電池溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)即啟動(dòng)。本案例選取動(dòng)力電池水冷系統(tǒng)為討論對(duì)象，研究當(dāng)系統(tǒng)處于常開狀態(tài)時(shí)，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(dòng)汽車上一種緊湊型的冷卻裝置，動(dòng)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(dòng)力電池系統(tǒng)熱管理設(shè)計(jì)與仿真2.1.3?動(dòng)力電池水冷系統(tǒng)建模與仿真模型搭建2.1?鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)熱管理設(shè)計(jì)與仿真2.1.3?動(dòng)力電池水冷系統(tǒng)建模與仿真結(jié)果分析：隨著時(shí)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(dá)到熱平衡態(tài)。2.2?發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)經(jīng)典的發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)實(shí)物圖經(jīng)典的發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(guān)閉冷卻液流向散熱器的路徑，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的調(diào)控。2.2?發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真2.2.1?發(fā)動(dòng)機(jī)管理關(guān)鍵性能指標(biāo)一般用以下的四個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)來完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。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(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)中冷卻液的體積和發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率的比值計(jì)算得到冷卻液沸騰時(shí)的外界環(huán)境溫度。由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇所消耗的功率和發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率的比值計(jì)算得到由散熱器空氣側(cè)的阻力和冷卻風(fēng)道中的總阻力的比值計(jì)算得到2.2?發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真2.2.2?發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)熱原理及熱特性模型發(fā)動(dòng)機(jī)熱特性模型主要用于計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)熱負(fù)荷，以及缸體、冷卻液、箱體等的溫度。通過發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、參數(shù)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率和平均有效壓力，以發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)單位功率燃油消耗量及發(fā)動(dòng)機(jī)水套散熱系數(shù)，從而求解發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒產(chǎn)熱量和發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)熱負(fù)荷。2.2?發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理設(shè)計(jì)與仿真2.2.3?發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)建模與仿真發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖經(jīng)典的發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2.2.3?發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)建模與仿真該模型研究了在給定發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)（車速=45km/h，變速箱速比=3，道路坡度=6%）下發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的行為。該冷卻系統(tǒng)的目標(biāo)是將冷卻液溫度調(diào)節(jié)到一個(gè)合適的值（大約90℃）。AITherMA中的發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)建模結(jié)果2.2.3?發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)建模與仿真從時(shí)間0s到65s，節(jié)溫器關(guān)閉，因?yàn)樗拈_啟溫度在節(jié)溫器模型中設(shè)置為87