乘員艙熱管理的案例
CFD專欄丨乘員艙熱管理解決方案
舒適性
經濟性
安全性
動力性
1
總體概述
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典型的乘員艙熱舒適性模型
在乘員艙舒適性的評價體系中，熱舒適性是其中一個至關重要的因素。熱舒適性，在美國供暖空調工程師學會的標準中已有明確的定義，即：熱舒適是對熱環境表示滿意的意識狀態。影響人體熱舒適性的因素主要包括環境因素和人的因素，其中環境因素主要包括：空氣溫度、平均輻射溫度、空氣流速、空氣相對溫度等。
Altair CFD專欄丨乘員艙熱管理解決方案
原創: Altair楊茂林
汽車性能
舒適性在人們選擇汽車的決定性方面占比越來越重，而汽車乘員艙環境的舒適性是指為乘員提供舒適愉快便利的乘坐環境與條件，包括良好的平順性、車內的低噪聲、適宜的空氣環境以及良好的駕駛操作性能。
舒適性
經濟性
安全性
動力性
1總體概述
1典型的乘員艙熱舒適性模型
在乘員艙舒適性的評價體系中，熱舒適性是其中一個至關重要的因素。熱舒適性，在美國供暖空調工程師學會的標準中已有明確的定義，即：熱舒適是對熱環境表示滿意的意識狀態。影響人體熱舒適性的因素主要包括環境因素和人的因素，其中環境因素主要包括：空氣溫度、平均輻射溫度、空氣流速、空氣相對溫度等。
展開 空調系統及乘員艙熱舒適性
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。
①、通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以獲得空調風道的空氣分配情況、風道的阻力特性、各出風口的空氣流速等，為優化風道設計提供依據。
②、通過對風擋和側窗進行除霜除霧分析，可以得到當前設計的除霜除霧性能，為改進出風口大小及角度提高除霜除霧性能提供依據。
③、通過對乘員艙內的CFD分析，可以得到艙內的流動、溫度分布情況，再進一步進行乘員的舒適性分析。ANSYS CFD 系列產品在空調系統方面有豐富的解決方案 。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
左：除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖；右：乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖
展開 21場仿真免費網絡培訓來襲，首波報名啟動！
6月7日
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Flownex技術與系統熱管理應用
主要包括Flownex簡介，基本換熱模塊介紹，燃機燃燒室流動與換熱應用，電池熱管理應用（風冷和水冷），汽車乘員艙熱管理應用，整車熱管理應用。
6月8日
19
高海拔對電子散熱的影響
隨著海拔高度的增加，空氣的密度逐漸減小，質量流量減小，空氣分子間碰撞的概率降低，導致對流換熱能力減弱。如果電子設備采用自然冷卻的散熱方式，那么空氣上升的能力勢必減弱，空氣自然冷卻換熱的能力將降低。如果電子設備采用強迫風冷的散熱方式，一方面高海拔導致空氣的冷卻能力降低，另一方面高海拔影響風機的P-Q曲線，導致設備的溫度升高。本次培訓將為你展示如何在熱仿真軟件中，精確考慮高海拔對電子設備的影響以及應該采取什么樣的措施保證電子設備的熱可靠性。
6月9日
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泵及壓縮機的流動仿真
綜合介紹各類泵、壓縮機的流體仿真方法和技巧
6月14日
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顆粒兩相流仿真技術與應用
顆粒兩相流仿真技術與應用:介紹Rocky DEM離散元軟件的相關功能和應用領域。包括顆粒形狀設置、幾何模型建立、顆粒破碎和壁面磨損、粘濕物料的考慮、與ANSYS Fluent和Mechanical集成。
6月15日
展開 
解讀小鵬汽車：電池預加熱技術
如上圖所示，假設大部分電芯溫度為20度，而電芯B因為加熱慢溫度只有10度，那么整個電池包都必須遷就B電芯，放電電流被迫從140A下降到100A，性能下降了三分之一，可謂是“一顆老鼠屎壞了一鍋粥
其實關于電池預加熱技術的，還有很多很多的細節和可以挖掘的點，比如說，方形電池的散熱啊，不同電芯材料的最佳工作溫度范圍啊，乘員艙熱管理和電池熱管理的匹配結合啊， 電池包結構優化啊，等等……每一個話題都值得進行深入研究。
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展開 Ansys Fluent應用于新能源汽車行業的流體仿真解決方案
02
技術挑戰
難點1：電池的熱管理
續航里程和電池成本問題，仍然制約新能源汽車的發展，汽車熱管理有利于提升電動車續航里程。在續航方面，高速行駛時的續航、高溫開空調時的續航和低溫開空調時的續航三項指標表現較差，其中表現最差的是低溫開空調時的續航里程。從純電動車型的實際續航表現上看，常溫不開空調時的平均實際續航里程為 290 公里，而開啟空調后，無論是冷風還是暖風，續航里程均會受此影響出現下降的情況，其中冬天開啟暖風對續航的影響尤為明顯，平均實際續航僅為 233 公里，下降了 20%。北方用戶受此影響很大，從滿意度得分上來看，北方用戶對低溫時續航的滿意度（60.6）顯著低于南方用戶（65.3）。
新能源汽車以純電動為例，環境溫度影響嚴重影響電池的性能，一般而言，三元鋰電池的最適宜使用溫度在15℃-35℃區間。在此區間，電池的性能最好。低溫下使用鋰離子電池易造成不可逆的損傷和潛在危險，高溫會對材料的穩定性產生負面的影響，從而導致材料循環性能下降，嚴重情況下會導致電池過熱從而產生嚴重危害。
難點2：乘員艙的熱管理
受限于電池的使用環境要求，也導致乘員艙的冷熱管理成為了耗電的大戶，對此也對乘員艙的熱管理提出了更高的要求。傳統的燃油車不缺熱源，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。
舉例來說，整車每百公里耗電約為16KWH左右，也就是說整車驅動以及輔件所需要的能量每百公里20度電，但是一旦開啟了乘員艙加熱，一般PTC所需功耗在5KW甚至更大也就意味著加熱占了25%多的電能，這部分占能相對來說是巨大的。
展開 行業：電動汽車綜合熱管理
因此，需要對電動汽車各個獨立的熱管理系統進行科學的耦合，從而實現電動汽車熱管理的集成化。
2.1 動力電池的熱管理
動力電池的熱管理主要負責對高溫狀態的電池組進行冷卻，或者對低溫的電池組進行加熱。傳統的電池熱管理系統主要依靠空氣或液體介質進行冷卻、加溫。但是，采用空氣介質的熱管理系統傳熱性能較差，以無法適應目前密集排列式的電池組的散熱加熱需求，而液體介質的熱管理系統則過于復雜，即會增加額外的質量，還存在液體泄漏的風險。因此，液體介質的電池熱管理系統同樣不適用于當前電動汽車的電池熱管理。目前電動汽車的電池熱管理系統主要采用復合式的熱管理方式，即由多種導熱材料共同作為介質，如多空介質、相變材料、納米材料、金屬翅片等多種導熱材料配合空氣介質或液體介質。此外，由熱管構成的高效傳熱元件配合空氣、液體、相變材料而組成的復合式熱管理系統也是當電池熱管理領域中的研究重點。
2.2 乘員艙的熱管理
電動汽車空調系統主要負責汽車乘員艙的熱管理，從而為司乘人員提供舒適的駕駛乘坐環境，進而保障駕駛員的安全駕駛。當前電動汽車主要采用的空調系統為壓縮式單冷空調和電加熱器的組合，這種空調系統技術成熟，與燃油車差別不大。但是電加熱器會使用動力電池中的電能，從而造成動力電池的額外能源輸出，降低電動汽車的續航里程。因此，目前電動汽車空調系統的研究熱點便是熱泵型空調系統對傳統空調系統加熱設備的取代問題。同時，熱泵型空調系統也需要克服冬季熱泵效率降低和結霜等實際問題。為此，人們開始集中研究輔助加熱技術和余熱回收技術，以提高熱泵空調系統在寒冷環境下的工作效率。此外，含氟氯烴類制冷劑已經逐漸退出電動汽車空調系統制冷劑的應用范圍，以進一步提升新型電動汽車的環保效果。
2.3 電機驅動系統的熱管理
電機在工作過程中會產生大量的熱量。
展開 【報告/論文下載】2019年IDAJ中國CAE/MBD技術大會報告/論文（ANSYS/JMAG等）
分會場概況
1【GT-SUITE分會場】
作為IDAJ旗艦產品的GT-SUITE軟件，今年安排了19個專題報告，其中客戶報告12個，內容包括發動機熱力學、后處理排放、進排氣聲學、整車油耗、動力電池熱管理、電池電芯性能設計、燃氣輪機性能仿真等，每個報告都體現出GT-SUITE軟件在各個專業領域功能強大的一面，同時也反映出國內客戶比肩國際一流的GT-SUITE應用水平。首次設置的車輛動力性經濟性分析、乘員艙和電動車熱管理解決方案、熱泵空調熱管理三個GT-SUITE workshop會場，熱烈的小組討論形式、即學即用的效率提升都受到參會客戶的點贊好評。
GT-SUITE原廠GAMMA公司和IDAJ公司報告介紹了GT-SUITE最前沿的技術方向，包括2020版本的功能展望、燃料電池系統仿真、48V混合動力振動、乘員艙熱舒適性等內容，展現了GT-SUITE軟件仿真平臺強大的綜合實力。
天津力神動力電池公司的客戶介紹了運用GT-AutoLion軟件在電池電芯開發設計方面的應用，展現出GT軟件在鋰離子電池電芯開發仿真設計的專業深度。
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