燃油车与电动汽车热管理集成方法研究

电动汽车目前处于一个高速发展阶段，市场份额也是在不断的增加。面对这种发展趋势，必须通过虚拟技术运用快速推出产品以满足市场需求。通用汽车建立物理模型，通过快速学习和快速失败的过程，从而实现整车的研发工作。另外在设计和时间上也面临挑战，概念设计往往会出现产品的需求不明确、数据或模数不全的情况，工程师需要去平衡集成系统中的需求，满足整车热管理和效率要求，因此产品研发的复杂程度会增加；而且还会面临产品中的多层组件、系统、车辆控制和自动驾驶带来的额外困难。因此需要建立的虚拟工程技术来缩短车辆研发周期。

通用汽车有一套完善的虚拟工程流程，该流程包括先进的设计、整车系统级研发和整车验证。先进的设计阶段：确定概念设计产品的范围、需求及性能，包括系统机械化、部件或系统规模。整车系统研发阶段：具有成熟CAD数学模型，性能数据以及前期标定或控制。整车验证阶段：通过XIL测试实现集成模型的控制和标定。

VERDE (Vehicle Energy and Range Development Environment)是通用汽车开发的汽车性能分析工具，能够用于预测燃油经济性、续航里程、汽车性能和驾驶性等。通用汽车在整个车辆开发过程中都用在使用VERDE工具。VERDE与GT-SUITE建立的整车热系统能进行耦合仿真计算。

对于电动车，在GT-SUITE中建立电池热管理模型、电子元件热管理模型、驱动单元、空调系统模型、驾驶乘员舱模型和动力舱模型。对于燃油车，主要是建立发动机模型、发动机热模型、变速箱热模型、空调系统模型、驾驶乘员舱模型和动力舱模型。VERDE为GT模型计算提供初始条件，GT模型计算的结果数据主要输出温度、流量和负载，这些数据又反馈给VERDE。

GT-SUITE对于发动机模型具有多种发动机控制模型，都能够进行驾驶循环仿真计算。 

RESS（车载可充电储能系统）模型中，概念设计阶段，在GT-SUITE中可以将电池视为一个整体，对电池热管理系统进行分析与评价。

在详细开发阶段，在GT-SUITE中又可以建立详细的电池包模型，对电池包的设计进行详细研究。

对于电池包的两种建模方式，GT-SUITE标定后，计算出的电池温度一致性不错。

在前期研发阶段，仿真模型的准确度取决于供应商提供的数据和CAD数模，模型的验证可以依赖于CFD或试验测试数据。在下图中为RESS模型通过CFD仿真结果于GT模型对比，电池平均温度和冷却液出口温度都与CFD计算的吻合的很好。

GT建立的电机模型计算的结果与试验测试数据对比，定子最大温度和油底壳最大温度都能和试验数据很好的吻合。

研发早期控制主要是对部件、系统或整车中关键控制参数进行研究；详细开发阶段会将GT-SUITE模型与控制系统进行集成，通过FUM进行HIL/SIL的研究。

下图展示通用汽车在控制开发阶段的流程。

下面案例展示燃油车开发的控制研究，针对特定应用可以对模型修改，实现单独的GT模型或集成控制模型。

首先是发动机暖机过程中，冷却液温度仿真与试验测试数据的一致不错。

接着是通过热管理控制对阀门进行控制，对部件的温度、流量进行标定。

最后研究两个策略对变速箱油底壳温度的影响，可以看到两个策略下温度都与试验的吻合度不错。

从GT-SUITE热管理集成模型中能够输出很多重要的结果数据，并将这些结果反馈给VERDE工具，对结果进行评估。

汽车处于高速循环耐久工况，出现RESS的平均温度超过限制，从而功率、车速和单循环时间预计会受到热衰减率的影响。

下图中是电动车的电池快充控制案例，当电池温度超过阈值后，会降低电流和功率，从而会延长电池快充的时间。

GT-SUITE建立的热管理系统控制和标定与VERDE工具能实现无缝集成。概念阶段的系统仿真可以对整车研发提供标定和控制策略的方向，并针对客户需求进行研究。这种热管理集成化模式实现仿真的模块化、子模型再利用和控制的通用性。

来源：艾迪捷