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電動汽車的熱管理現(xiàn)在變得輕而易舉了

2yMZ_BasiCAE ? 來源:STAR CCM Online ? 2023-03-29 14:10 ? 次閱讀

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01用三維ROM模型擴展一維系統(tǒng)級模型

傳統(tǒng)內(nèi)燃機(ICE)和電動汽車之間的競爭將是一場值得紀念的戰(zhàn)斗。由于汽車界高水平的技術突破和電動汽車制造商的迅速崛起。雖然客戶在比較內(nèi)燃機汽車和電動汽車時關注性能,但主要因素不只是最高速度和加速度。續(xù)航能力、效率、耐用性和駕駛特性往往也會發(fā)揮作用。為了確保電動汽車在市場上的成功,有必要減少延遲并提高不同工程團隊(如機械、熱、電氣、控制和軟件)之間的生產(chǎn)力。來自三維CFD工具的降階模型可以植入一維系統(tǒng)仿真模型,提供更準確和詳細的結果,因此團隊可以更早做出明智和正確的設計選擇。

降階模型(ROM)是對高保真靜態(tài)或動態(tài)模型的簡化,它保留了基本行為和主導效應,目的是減少復雜模型所需的求解時間或存儲容量。以下是BCI-ROM(獨立邊界條件-降階模型)工作流程的典型步驟,強調了用戶如何從Simcenter FLOEFD的高保真三維CFD模型中直接受益,將其集成到Simcenter Amesim中更大范圍的一維系統(tǒng)仿真模型中。

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BCI-ROM工作流程的典型步驟(獨立邊界條件--降階模型)

結果的準確性得到了保留,同時CPU的速度明顯提高,可以更快地執(zhí)行長的駕駛循環(huán)。

02功率電子器件冷卻

雖然當年連保時捷都為其內(nèi)燃機汽車使用了風冷,但由于功率密度高,風冷散熱器對于現(xiàn)代牽引逆變器來說并不是一個完美的解決方案。因此,汽車變頻器采用液體冷卻的情況并不罕見。PCB(印刷電路板)組件可以安裝在冷板上,這使得功率密集型元件的熱管理變得輕而易舉。冷板上有供液體通過的流道,液體的質量流速和溫度可以通過泵和風扇冷卻的散熱器來控制。

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Simcenter FLOEFD中的PCB(印刷電路板)冷板模型

03一維系統(tǒng)仿真

Simcenter Amesim是一個集成的、可擴展的系統(tǒng)仿真平臺,允許系統(tǒng)仿真工程師虛擬評估和優(yōu)化機電一體化系統(tǒng)的性能。這里用它來表示除PCB冷板以外的整個電動車。第一組包含縱向車輛、車輛控制單元(VCU)和駕駛員模型,允許指定基本參數(shù),如車輛質量(取決于電池組的質量)、滾動系數(shù)、空氣動力學、車輪尺寸、齒輪比和駕駛循環(huán)(SFTP-US06)。電力電子組由一個永磁同步機(PMSM)、平均三相逆變器(因此開關效應可以更快地建模)、高低壓電池、傳感器控制器組成。冷卻泵、散熱器、風扇、膨脹水箱和傳感器組成了冷卻系統(tǒng)。

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電動汽車的Simcenter Amesim模型

Simcenter Amesim完全適用于創(chuàng)建和研究系統(tǒng)級模型。然而,雖然提供了執(zhí)行一維系統(tǒng)仿真計算的手段,但當涉及到電子和熱管理的一些三維考慮時,有時重用三維模型更有意義,因為用一維團塊方法很難捕捉到。一個相關的例子是一個三相逆變器。為了分析其性能,必須監(jiān)測IGBT二極管的溫度,以避免過熱,并相應地調整散熱。

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將Simcenter FLOEFD中的逆變器的BCI-ROM作為FMU導入Simcenter Amesim

04三維裝配體建模

Simcenter FLOEFD是一種嵌入CAD的解決方案,可以在早期設計階段進行多物理場仿真,幫助工程師排除不理想的設計方案。它完全適合對牽引式逆變器進行全三維CFD仿真,以計算設備中的溫度場和流場。然而,由于模型的高度復雜性和計算能力要求,同時解決3D CFD和1D系統(tǒng)模型是不可行的。為了克服這一限制,Simcenter FLOEFD允許您提取一個降階模型(ROM),使模型的求解速度非??欤ㄅc傳統(tǒng)的三維CFD模型相比,速度可提高40.000倍)。這樣的模型也是獨立于邊界條件的,這使得你可以改變模型的熱環(huán)境(即外圍傳熱系數(shù))而不影響解的準確性。BCI ROM降階模型可以作為功能模擬單元(FMU)導出,使其具有可移植性,易于嵌入到其他工具中。

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從Simcenter FLOEFD導出BCI-ROM

051D-3D CAE:結合系統(tǒng)級和部件級模型

Simcenter Amesim是100多個支持FMU導入和導出的工具之一。一旦變頻器的FMU被導入Simcenter Amesim,就可以對系統(tǒng)進行求解。在求解過程中,冷卻系統(tǒng)回路將向FMU提供瞬態(tài)換熱系數(shù)和流體溫度,而冷板熱通量和組件及冷板溫度將被送回系統(tǒng)。由于冷卻系統(tǒng)是整個電動汽車的一部分,計算出的變頻器溫度將最低限度地影響車輛的性能,如續(xù)航能力和冷卻液溫度。

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在Simcenter Amesim中顯示的連接到BCI-ROM FMU中的一個IGBT的溫度監(jiān)測點的結果

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Simcenter Amesim中的多張圖顯示了車輛和逆變器的性能

進一步的工作可能包括試驗不同的逆變器設計,用IGBT代替MOSFETS,等等,以了解哪些組件對整個系統(tǒng)有關鍵性的影響。

06連接兩個維度

1D系統(tǒng)級和3D裝配級設計往往在模擬的目的、功率要求和持續(xù)時間方面有所不同。用準確但快速解決的3D模型來擴展1D系統(tǒng),使工程團隊能夠在早期設計階段產(chǎn)生更真實的模擬,最終使您能夠縮短產(chǎn)品上市時間。使用Simcenter FLOEFD BCI-ROM有幾個好處,在Simcenter Amesim內(nèi)執(zhí)行速度極快:

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采用ROM降階模型方法對用戶的主要好處

使用降階模型將1D/3D結合起來是很好的,不是嗎?

審核編輯 :李倩

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原文標題:【分享】電動汽車的熱管理現(xiàn)在變得輕而易舉了

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