熱管理系統設計的案例
關于新能源車型電池包熱管理系統設計應考慮的幾個影響因素
?通過耐久可靠性試驗并將其數據進行分析可發現電動汽車的熱管理系統的設計缺陷以及設計過程應考慮的因素?為熱管理系統設計積累寶貴經驗?
新能源車型電池包熱管理系統設計應考慮的幾個影響因素
，也是電動汽車性能穩定性以及耐久可靠性的基礎?通過耐久可靠性試驗并將其數據進行分析可發現電動汽車的熱管理系統的設計缺陷以及設計過程應考慮的因素?為熱管理系統設計積累寶貴經驗?
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動力電池熱管理系統組成及其設計流程
3、空/水混合冷卻型電池包
以下模型為空/水混合冷卻型電池熱管理及整車熱管理模型，并對該系統進行了不同季節、不同車況的熱管理仿真，并結合控制策略，研究了不同檔位的采暖和電池加熱工況以及純加熱工況，對系統設計及控制策略優化提供了重要依據。
最后小編想說電池的溫度直接影響了電池的安全性，因此電池的熱管理系統設計研究是電池系統設計中最關鍵的工作之一。必須嚴格按照電池的熱管理設計流程、電池的熱管理系統及零部件類型、熱管理系統的零部件選型及熱管理系統的性能評估等多個方面來進行電池系統熱管理的設計和驗證，才能保證電池的性能和安全性。
來源：電動知家
展開 新能源動力電池熱管理方案設計
熱管理系統開發的“V”模型
電池的溫度直接影響了電池的安全性，因此電池的熱管理系統設計研究是電池系統設計中最關鍵的工作之一。必須嚴格按照電池的熱管理設計流程、電池的熱管理系統及零部件類型、熱管理系統的零部件選型及熱管理系統的性能評估等多個方面來進行電池系統熱管理的設計和驗證，才能保證電池的性能和安全性。
1熱管理系統要求，根據整車的使用環境、整車的運行工況和電池單體的溫度窗口等設計輸入參數進行需求分析，以明確電池系統對熱管理系統的需求；系統要求，根據需求分析確定熱管理系統所具備的功能以及系統的設計目這些設計目標主要包括對電池單體溫度、電池單體間溫差、系統能耗和成本的控制
2)熱管理系統框架，根據系統需求將系統拆分為冷卻子系統、加熱子系統、保溫子系統和熱失控阻隔( thermal runaway obstructin，TRo)子系統，并定義各子系統的設計需求，同時進行仿真分析以初步驗證系統設計
3)子系統設計，首先根據系統設計確定每個子系統的設計目標，然后對每個子系統依次進行方式選擇、方案設計、詳細設計和仿真分析驗證
4)零部件設計，首先根據子系統設計確定零部件的設計目標，然后進行詳細設計和仿真分析
5)零部件制造與測試，進行零部件的生產制造，并進行測試驗證
6)子系統集成與驗證，進行子系統的集成與測試驗證；
7)系統集成與測試，進行系統的集成與測試驗證；
電池熱管理開發流程
如下是電池熱管理在開發時的簡單的一個流程，共7個步驟，包括熱管理設計目標和要求，系統結構件的設計、仿真模型驗證，系統和整車測試驗證。
展開 
經緯恒潤熱管理系統研發服務全新升級
與成熟的燃油車熱管理系統相比，新能源汽車多采用熱泵空調系統，這對物理模型建模提出了更高難度，并且動力電池的工作特性受溫度影響較大，控制不當容易引起熱失衡起火，還需制定合適的熱管理控制策略保證電池安全性。除此之外，傳統燃油車中發動機的余熱足夠乘員艙的加熱，相對而言對油耗的折損并不明顯，然而對電動車而言，這就成為了一個巨大的挑戰。如何解決新能源汽車熱管理系統設計研發這一復雜問題就顯得尤為重要。
經緯恒潤在汽車熱管理領域擁有10多年的研發服務經驗。針對目前新能源汽車熱管理系統設計研發問題，在熱管理需求捕獲、系統方案設計、虛擬驗證與優化、測試驗證、實車標定等服務的基礎上，經緯恒潤將熱管理系統與數字孿生技術相結合，帶來了全新升級的整車熱管理系統開發服務，主要亮點如下：
· 通過模型降階技術將三維熱場仿真降階為一維系統模型，兼顧計算效率和計算精度，能夠便捷地與熱管理系統模型集成，在系統仿真中輸出關鍵部件的三維熱/流場結果，更好評估熱管理系統的狀態和性能；
· 通過虛實交互技術，實現實物（測試臺架/實車）與模型的在線實時交互，以實際物理信號驅動模型運行，獲得真實驅動條件下更豐富的虛擬觀測量，提升模型運行結果的置信度；
· 通過模型實時化技術，實現精細化熱管理模型下實時進行HIL測試，彌補傳統HIL模型精細度不夠無法進行性能級驗證的不足；
· 熱管理模型部署至云平臺，通過熱管理監控系統開發，對熱管理系統性能進行在線監控，并進行可視化展示，提升產品運維的智能化水平。
展開 汽車架構開發中的整車熱管理系統開發方法研究
通過架構的整車熱管理系統設計并且通過架構樣車的試驗驗證，拓展車型的開發周期可以大大縮短至（30～50）％以上。
2架構的整車熱管理系統的開發策略
2.1架構的整車熱管理系統開發原則
對于平臺化開發過程中的整車熱管理性能來說，整體的實現策略是平臺內不同類型車型采用繼承性很高的系統回路結構，通過不同的核心零部件配置車型類型和大小的差異化，確保平臺內各車型整車熱管理性能均達標。
在架構開發過程中，要有明確的策略實現架構內平臺和車型的變化。平臺內各車型的整車熱管理系統的差異通過可變部分進行調整，這些變化在同一架構內均可實現，即架構具有包容性。與此同時，架構的整車熱管理系統設計中還存在不可變部分，此部分的布置和設計對架構內所有車型是一致的，也是結構設計的關鍵。由于一個架構會涉及架構內所有車型的沿用，其優點可以繼承，其缺點亦會并存，因此架構的整車熱管理系統的不可變部分的設計是至關重要的。
2.2整車熱管理系統核心零部件的模塊化策略
整車熱管理系統的主要作用是為了保證動力總成的主要部件（發動機、三電系統、變速箱等）工作在合適的溫度區間，保證它們的熱安全，有利于整車動力經濟性目標的實現。如圖3和圖4所示，燃油車和HEV車兩類車型的整車熱管理系統主要由空調系統模塊、前端模塊兩個模塊以及各種水泵、控制閥、管路和支架等組成。架構內的各類車型的熱管理系統原理圖有很高的共用性和繼承性，模塊和回路零部件的共用性和系列化就比較容易實現。
架構的熱管理系統核心模塊和零部件的選擇原則如表1所示，具體的零部件選型還是進行初步的匹配計算和詳細的系統仿真分析。
展開 基于AMESim的純電動汽車熱管理系統的優化設計 附AMESim優化過程基礎操作及DOE&遺傳算法G
基于AMESim軟件建立了完整的純電動汽車的熱管理系統模型，并通過整車實驗驗證了模型的正確性．在此模型的基礎上，本文分別對水冷系統、高溫環境下的熱管理系統及爬坡工況下的熱管理系統進行了優化設計，并對熱管理系統的控制策略進行了優化，使熱管理系統能適應不同工況和環境溫度的整車熱管理要求．本文基于AMESim軟件對純電動汽車的熱管理系統進行優化設計的方法為研究和開發純電動汽車的熱管理系統提供了思路和參考。
0引言
純電動汽車是未來汽車發展的重要方向，也是目前發展最快的新能源汽車之一．為了系統地研究純電動汽車的能量流動，需要對它建立完整的熱管理系統．這不僅是汽車零部件散熱的需求，更是提高整車能源效率的重要手段．
本文利用AMESim軟件搭建了一套比較完整的純電動汽車熱管理系統的仿真模型，并通過實驗驗證模型的正確性，并在此模型基礎上對整車熱管理系統進行優化設計．
1純電動汽車熱管理的要求
本文研究的純電動汽車的參數如表1所示．
本文研究的整車熱管理系統主要包括兩部分：電動汽車前艙水冷系統和電池包風冷系統．其中水冷系統的結構如圖1所示。
展開 （干貨分享）新能源熱管理系統一維仿真分析
對于電動汽車而言，如何精確控制電池溫度是電池熱管理系統設計的重要指標。過高或者過低的溫度均會對電池產生不良影響：過高的電池溫度會縮短電池壽命，過低的電池溫度會降低電池活性，電池無法快速充放電。
在進行電池設計時，無法避免的兩個課題是：電池溫度是否合理，電芯溫差是否合理。為了解決這兩個問題，首先需要分析電池本身的結構設計是否合理，如水冷板結構、電池模組布置方案，然后進行外圍系統的設計，這時需要考慮電池包所需要的冷卻液流量和冷卻液溫度，進而進行熱管理系統設計，比如換熱器規格、空調系統設計等。除此之外，還需要對系統組件和控制策略進行優化，從而實現最佳的產品設計，降低熱管理系統功耗。
同時一輛好的電池車必須關注乘員艙空調舒適度，也就是空調系統，即在夏天和冬天情況下能否滿足乘客加熱和冷卻需要，必然從電池包消耗能量或從爭奪能量，屬于整個系統各個子系統匹配問題，需要通過一維仿真軟件搭建一維模型，對相關參數進行計算和匹配，制定相應的控制策略，同時滿足電池包、乘員艙及其他系統冷卻或加熱的需求。
首先看一下電池包熱管理工程師、整車熱管理工程師、控制工程師所關注熱管理關鍵問題。電池包熱管理工程師：如何滿足電池溫度要求？如何控制溫度均勻性？如何平衡壓降與溫差？冷卻液進口條件如何設定？
整車熱管理工程師：如何滿足電池包冷卻介質進口條件需求？如何預估動態工況下的發熱量？如何設計整車熱管理架構，以平衡多種需求？如何優化熱管理系統自身的能耗？
控制工程師：低溫起動策略？Sox計算的參考溫度點選取？熱失控預警？環境控制及能量管理策略？
3D仿真VS 1D仿真
液冷系統傳熱簡介
一般情況下，在進行仿真建模時需了解液冷系統的傳熱路徑，掌握每條傳熱路徑主要傳熱方式。
展開 考慮系統體積和冷卻性能的風冷電池熱管理系統策略
高能量密度電池在充電和放電過程中會產生高熱量，如果熱量長時間聚集在一起，不僅會損害電池的使用壽命，還會增加熱失控的風險，嚴重時甚至會引起爆炸，危及人身安全。設計良好的電池熱管理系統（BTMS）可以有效散熱，提高車輛性能，保證車輛和駕駛員的安全。因此，電池熱管理系統具有重要的研究價值和理論意義。當前的研究主要集中在結構設計上，以降低系統的最高溫度為主要目的。然而，冷卻系統的體積對于電動汽車設計也很重要，卻很少受到關注。
02
成果掠影
近期，新疆大學盧浩老師團隊提出了一種新的電池熱管理系統優化策略，該策略綜合考慮系統體積和冷卻性能，可以根據實際應用確定合適的熱管理策略。所提出的方法分為四個步驟：優化系統設計、建立計算代碼、多目標優化和綜合模擬決策。基于計算流體力學（CFD）的數值模擬用于驗證優化后系統的冷卻性能。與當前三種電池熱管理系統設計相比，體積最多減少了13.01%。穩定發熱過程中，最大溫差分別降低了65.79%、40.65%和63.69%，溫度均勻度分別提高了65.87%、34.93%和60.80%。電池組非穩態發熱情況下，5C放電倍率的時候，最大溫差下降2.28 K，最大溫差和溫度均勻性分別下降57.11%和49.15%。相關研究成果以“A flexible optimization study on air-cooled battery thermal management system by considering of system volume and cooling performance”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
展開 如何進行動力電池熱管理仿真和設計
本套課程，是目前市場上唯一一套從PACK模型的簡化原則到熱模型建立和后處理評價標準的系統講解，同時也熱管理設計的課程基于最基礎的熱設計知識，系統的講解了電池熱管理系統在設計時基本流程和設計方法，整個過程不僅僅是軟件的學習，也是對動力電池熱管理設計學習，短時間內讓你對熱管理仿真和設計分析知其然知其所以然，讓你擁有獨立建立電池PACK熱管理仿真分析和熱管理設計能力。
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同時本人也在技術鄰平臺更新新能源動力電池熱管理仿真和設計課程如下
1、 基于starccm+在動力電池熱管理仿真技術應用、
2、新能源汽車PACK熱流體仿真進階20講
3、新能源動力電池熱管理設計入門到進階23講
4、 Hypermesh網格劃分-精講進階視頻教程
5、有限元分析ANSA19.0視頻教程零基礎入門到精通50講
6、Hypermesh軟件CAE流體網格劃分CFD前處理
7、CAE | STAR-CCM+流體CFD分析零基礎視頻教程
展開 經緯恒潤熱管理系統研發服務全新升級
為了適應電動化和智能化的需求，汽車熱管理正從傳統的發動機冷卻和空調系統發展至電池熱管理、電機電控熱管理系統以及熱泵空調系統，以實現對座艙溫度、電池溫度和動力總成溫度的精確控制。由于新增了繁多的、控制精度要求更高的零部件，使得系統內需要冷卻的部件增加，系統復雜度逐步增大。因此，熱管理系統方案正逐步呈現出高效化，精細化，集成化的趨勢。
為了應對日趨復雜的熱管理系統和降本增效的研發需求，數字化技術在熱管理系統的研發中將發揮重要作用。經緯恒潤在汽車熱管理領域擁有10多年的研發服務經驗，針對目前新能源汽車熱管理系統設計研發問題，在熱管理需求捕獲、系統方案設計、虛擬驗證與優化、測試驗證、實車標定等服務的基礎上，將熱管理系統與數字化技術相結合，帶來了全新升級的整車熱管理系統開發服務。
虛擬驗證與優化咨詢服務
伴隨新能源汽車對電池包能量密度、驅動系統功率密度、系統能耗以及快充等要求的日益提高，熱管理系統集成化的深度和難度持續增加。經緯恒潤基于V模式開發流程，搭建高精度的系統仿真模型，提供機-電-熱-控一體化集成仿真與優化服務。為前期零部件選型、后期的系統更迭及優化，以及熱管理控制算法優化制定高效的解決方案，在提高產品性能的同時提高研發效率，縮短研發周期。
熱管理模型實時化與HIL測試咨詢服務
目前HIL測試中采用的熱管理系統模型多為簡單方程的Simulink模型，模型顆粒度粗糙，而通過模型拆分、模型簡化、模型降階等手段，可將復雜熱管理系統模型進行實時化處理，以FMU的形式導入NI、Concurrent、Higale等仿真機進行實時運算，為HIL測試提供顆粒度更細的模型，能夠按照測試用例的要求對熱管理控制器進行硬件在環的測試。
展開 
【6月17-18日 北京】新能源汽車動力系統熱管理及空調熱泵技術高級培訓班
與傳統動力汽車相比，電動汽車在動力電池、電驅動系統和電動空調三個方面對熱管理系統設計和性能提出了新的要求，包括對整車動力性、續駛里程、安全性、使用壽命和舒適性都有新的定義，性能評價體系也需要重新建立。與此同時，系統的復雜程度和智能化程度均大幅增加，給控制系統也帶來了更大的挑戰。
為了促進汽車制造企業對電動汽車熱管理技術有深入的了解，提高熱管理性能開發能力，實現產品熱環境適應性能的提升，特邀請整車熱管理領域的資深專家為本次培訓系統授課，同時針對現場提出的相關問題分享演講者在此方面的經驗體會。
一、時間地點
2019年6月17-18日
北京（具體地點于培訓前一周通知）
二、參加對象
國內汽車制造主機廠及供應商的技術中心、性能集成部、CAE分析部、整車與動力電池開發部門負責技術開發、產品設計、空調熱管理工程師、工程分析的技術工程師，本次培訓適合已經從事3年以上時間有一定理論基礎和實踐經驗的熱管理工程師。
三、主講專家
深專家：吉林大學博士后，近15年整車熱管理性能開發經驗，先后在一汽、中汽研（天津）擔任整車熱管理技術專家。承擔多款傳統汽車及新能源汽車熱管理系統集成、工程設計、開發試驗、仿真分析等工作；建立整車熱管理開發流程、熱管理開發的標準及規范、熱管理性能的驗證及提升等能力。該專家最擅長整車熱平衡性能一維計算分析、空調性能一維計算分析；編制過發動機熱平衡試驗、整車熱平衡及熱害試驗、空調環模試驗的方法和評價標準。
四、授課大綱
五、培訓費用
培訓費：3600元/人，3人（含3人）以上享受團隊價格：3400元/人。
以上費用不含食宿費，培訓期間食宿統一安排，費用自理。
展開 經緯恒潤整車熱管理系統研發服務，助力新能源汽車發展
隨著新能源汽車的快速發展，整車熱管理問題已成為行業關注的焦點，熱管理系統工作性能的優劣直接影響汽車的整體性能與乘客駕駛體驗，對于整車的重要性不言而喻。據統計，2021年國內新能源熱管理市場規模約為210億元左右，預計到2025年，市場規模將有望達到760億元左右，伴隨著國內新能源車的快速滲透，熱管理賽道進入發展黃金期。
受全新驅動方式影響，新能源汽車熱管理系統較之傳統燃油車更為復雜，對熱系統集成化的深度和難度持續增加。經緯恒潤提供整車熱管理系統開發服務，包括需求捕獲、系統方案設計、虛擬驗證與優化到測試驗證、實車標定等。至今已和多家主機廠以及零部件供應商合作，基于模型進行熱管理系統設計、選型優化、多學科集成優化方案設計，經緯恒潤的技術水平及服務態度廣受客戶好評。
▎座艙熱管理與人體舒適度開發咨詢服務
乘用車內的人體熱舒適性直接影響乘客的體驗和安全。考慮到車輛的里程焦慮和性能過剩，熱舒適營造系統的能耗不容忽視，為此以人體熱舒適性為核心的座艙熱管理解決方案應運而生。
· 內置人體生理模型，綜合考慮環境天氣、車輛底盤熱害、座艙域與乘員等熱負載，結合主觀測評和高精度的HVAC假人測評方法，提升座艙熱舒適性評估準確性
· 豐富的舒適性評價指標，如Berkeley熱舒適評價模型、PMV、PPD、EQT等等，有效指導車身結構及相關系統設計，提升座艙熱舒適性能
· 一三維耦合及優化技術，有效指導座艙舒適性及系統能耗的權衡設計與優化，為以舒適性為目標的智能控制器設計提供有效輸入
▎熱管理系統集成化開發咨詢服務
整車熱管理系統是保證三電系統及座艙在極端工況下正常運行的關鍵。
展開 一條通往合格動力電池熱管理仿真和設計工程師之路
3、熱模型建立
流場分析：在電池冷卻系統設計過程中，對冷卻系統進行流場分析，得到在不同流量下冷卻系統的流阻特性、流量分配 等信息，用以初步評估冷卻系統冷卻均勻性，并為水泵選型和匹配作參考。
放電工況分析：放電工況目前只含高溫高速工況一項，即對電池在高溫狀態下工作進行仿真模擬，評估冷卻系統性能，以及 電池最高溫、溫差等指標。
充電工況分析：充電工況包括高溫快充、常溫快充、低溫快充、低溫慢充等，主要用于評估在不同溫環境條件下，電池的充 電特性以及溫度、溫差等熱管理指標。
熱管理設計工作，主要對熱管理設計過程中的主要的熱管理零部件熟悉，難點就是怎么利用這些熱管理零部件去實現電芯在適宜溫度區間工作。如下圖是某款乘用車pack簡化后的爆炸圖。熱管理系統采用4條并聯型材 FSW工藝鋁板，內部流道沖壓成型，結合導熱墊、隔熱墊、尼龍管加快捷插頭的形式，搭建了整個熱管理系統的基本結構。
六、快速成為合格工程師的通道
那么作為一個剛剛畢業進入到新能源工作的同事，或者說在校生有從事新能源熱管理工作的同學，如何在最短的時間內能達到一名普通的工程師呢？新能源動力電池熱管理仿真和設計涉及面廣、難度大，僅理論基礎就涉及傳熱學，熱力學，流體力學，機械設計，電化學，電池基礎知識等。對一個新手來說，很難在短時間內，涉及到多個領域去學習。
如果靠自己摸索，從新手到能獨立建立動力電池熱仿真模型或者設計熱管理系統，將會是一個漫長的過程。
本人對新能源汽車有免費資料分析公眾號：新能源汽車熱管理仿真技術，關注回復“1”，可領取更多熱管理方面資料。
展開 某PHEV汽車電機冷卻系統熱管理策略優化
盧山、盧桂萍等基于V字型開發模式，對某插電式混合動力汽車整車熱管理控制策略進行開發研究，經過算法設計、模型開發、單元測試、功能驗證和實車驗證整個開發過程，保證各零部件的工作溫度在合理范圍內，符合其控制軟件的功能需求.李峰對某插電式混合動力汽車設計了一套利用發動機熱量給電池預熱、電機熱量給發動機預熱的方案，研究了基于發動機水溫、電機水溫、電池SOC不同而采用不同預熱模式的控制策略，從而提高了整車的能源利用效率.
然而，對于熱管理系統內執行部件的能耗研究較少.電子水泵、電動壓縮機、電子風扇等這些驅動熱管理系統工作的重要部件，本身需要消耗一定的電池電量.對這些部件，設計合理的控制邏輯，在滿足系統合理工作水溫的前提下，降低其本身能耗也甚為重要.
1 插電式混合動力汽車熱管理系統設計
本文針對某插電式混合動力汽車設計了一套整車電機冷卻熱管理系統，來保證動力系統、電池系統、空調系統在各模式/工況下的安全可靠運行.
該款插電式混合動力汽車的整車熱管理系統原理如圖1所示，該系統共有4個冷卻回路.分別是發動機冷卻及空調采暖系統回路；動力電池升溫/降溫系統回路；空調制冷系統回路；電機冷卻系統回路.
圖1 熱管理系統原理圖
發動機冷卻及空調采暖系統回路與傳統燃油車相比，在暖風支路增加了一個電子水泵和單向閥、水加熱PTC、以及一個三通閥，保證車輛在純電動模式下的乘員艙采暖需求.同時，在暖風支路并聯了一個板式換熱器，與動力電池升溫/降溫系統回路進行耦合換熱，從而保證動力電池的升溫需求.
動力電池升溫/降溫系統回路，是一個包含了板式換熱器、Chiller（動力電池冷卻器）、動力電池水冷板、電子水泵的回路系統.通過板式換熱器與發動機冷卻及空調采暖系統回路耦合換熱，保證動力電池的升溫需求.通過Chiller與空調制冷系統回路耦合換熱，保證動力電池的降溫需求.
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