空气动力学与热管理性能开发

空气动力学与热管理性能开发陈飞[e-mail]2017-04-16第2页共36页目录•性能开发流程介绍•空气动力学性能开发•电池包热管理性能开发•整车热管理性能开发第3页共36页性能开发流程介绍整车8阶段开发流程Adv.Work前期工作ConceptDevelopment概念开发ProductDevelop.产品开发Productvalidation产品认证Pilot试生产G8G7G6G5G4G3G2G1项目开始方案开发项目批准工程冻结OTS样车评审ESO工程签署试生产评审制造签署为产品项目的批准进行战略准备，包括市场的调研，产品定位、竞争对手的分析等，确定项目的边界条件并最后形成项目任务书。在决策层批准后启动项目。根据项目任务书设定的边界条件，完成造型、工程方案开发，识别项目中的冲突，最终冻结产品造型，车型配置，VTS和项目经济性，批准项目实施。完成内外造型设计并发布经验证的表面数据；完成产品工程开发，发布最终的面向制造的工程数据。完成工程样车制造和试验，验证产品设计；开发和制造批量生产工装模具；验证产品是否符合VTS/SSTS中所有的规定项目；生产样车制造和验证，进行100％零部件和工艺的验证；确认工艺装备、检验流程和检验装置的过程能力，制造符合相关阶段要求的产品。第4页共36页性能开发流程介绍整车V字形开发流程零部件SSTS、技术协议和DVP零部件性能目标设定零部件结构设计系统性能目标设定系统性能目标验收整车性能目标设定VTS整车性能目标验收Adv.Work前期工作ConceptDevelopment概念开发ProductDevelopment产品开发Productvalidation产品认证Pilot试生产G8G7G6G5G4G3G2G1竞品车性能分析产品销售区域及市场定位国标和企标解读整车及系统性能开发性能问题整改性能控制及提升零部件系统整车用户体验第5页共36页性能开发流程介绍前期策划阶段前期策划竞品车性能试验竞品车性能分析销售区域定位市场定位分析国标企标解读性能指标初版性能开发计划项目任务书初版第6页共36页性能开发流程介绍方案概念阶段技术方案包括造型建议、总布置建议、性能指标分解，性能指标从整车到系统，再到零部件逐级分析，一维(方案)分析软件：KULI、Flowmaster(FloMASTER)、GT-suite，三维仿真软件：Fluent、STARCCM+等。技术方案空气动力学方案空调性能开发方案冷却系统开发方案整车目标值VTS性能计划图性能开发计划机舱开发方案竞品车性能结构分析零部件试验仿真分析造型阶段外流场分析空调性能流场分析机舱流场分析造型风洞试验仿真与试验第7页共36页性能开发流程介绍工程开发阶段三维仿真分析除霜除雾采暖降温乘员舱舒适性及日照射底盘热保护整车外流场及噪声三电热管理机舱温度场一维匹配分析空调及电池包系统匹配冷却系统匹配电机冷却系统匹配空调性能验证热平衡性能验证整车风洞试验目标达成及仿真分析总结设计验证DVP整车目标值VTS终版三维系统级仿真分析还包括：HVAC优化、进气系统分析、排气系统分析、冷却系统分析等。第8页共36页性能开发流程介绍产品验证阶段性能指标仿真分析总结性能指标验收OTS件试验验证验证仿真分析精度，提高分析可信度。数据积累，丰富分析流程，提高效率。空气动力学性能指标验收。热管理性能指标验收。整车风洞试验。空调性能试验。热平衡性能试验。VTS整车性能指标验收(一级)第9页共36页空气动力学性能开发开发介绍工程开发整车风阻目标达成参与造型评审造型风洞试验气动噪声分析造型外流场分析优化整车风洞试验整车外流场分析竞品车研究竞品车风洞试验竞品车风阻系数硬模车风洞试验风阻目标验收及分析总结产品验证竞品车整车尺寸气动噪声分析造型阶段风阻系数分解为造型风阻和整车风阻，对造型、中网、机舱、底部、前后轮腔对风阻进行分解，提出详细的优化方案。第10页共36页空气动力学性能开发造型开发第11页共36页空气动力学性能开发整车开发第12页共36页空气动力学性能开发产品验证导流片整流网试验段风扇第13页共36页空气动力学性能开发案例分享i6：Cd=0.25第14页共36页空气动力学性能开发案例分享瑞风S7：Cd=0.35GS8：Cd=0.347座第15页共36页电池包热管理性能开发开发介绍性能挑战低温适应性续航里程风阻电池包安全空调性能采暖定义电芯最佳温度上限和下限，在此温度区间内运行，能够提供100％的功率，但对电芯寿命不会产生额外的衰减；最佳温度区间，保证单体电芯温度分布的温差不超过5℃及电芯之间的温差不超过5℃；热管理必须具有冷却电芯最高温度为60℃至电芯温度为45℃，时间低于1200s的能力；车辆处于停放条件下，电芯最佳运行上限时静置在60℃环境中，10小时内电芯最高温度的温升不能超过10℃；车辆处于停放条件下，电芯最佳下限温度时静置在-10℃环境中，16小时内电芯最高温度的温度降低不能超过20℃。第16页共36页电池包热管理性能开发整体方案冷凝器压缩机冷却风扇蒸发器冷却器膨胀阀膨胀阀PTC水壶水泵电池包冷却系统加热系统保温系统温升温降温度均匀第17页共36页电动车热管理性能开发风冷方案串行通风并行通风低温空气从一侧迚入幵从另一侧流出，进口处的空气温度低，此处的电池温度低，反之，出口处的电池温度高。优点：电池箱体相对较小。缺点：电池散热不均匀。通过楔形的进气和排气通道设计，使得各电池单体、电池模块之间气流平行通过，有助于空气在不同电池单体和模块间的均匀分布。优点：电池温度相对更均匀。缺点：电池箱体相对较大。第18页共36页电池包热管理性能开发直冷方案i3冷却方案充放电0.33C，最大充电0.5C，最大持续放电1C，峰值4.3C(5s)；33kWh，额定电压3.7V，电流94A，内阻0.5mΩ；8个模组，每个模组12个电芯。充电温度0℃～60℃，放电温度-25℃～60℃。第19页共36页电池包热管理性能开发直冷方案制冷剂：R123a；冷却效果比液冷高出3～4倍；更能满足快充需求；结构紧凑；潜在地降低了成本；避免了乙二醇溶液在电池箱体内部流动。第20页共36页电池包热管理性能开发液冷方案ModelS85冷却方案电池组由6831节18650型锂离子电池组成，其中每69节并联为一组(brick)，再将9组串联为一层(sheet)，最后串联堆叠11层构成。电池热管理系统的冷却液为50%水和50%乙二醇混合物，电池之间及电池和管道间填充电绝缘但导热性能良好的材料。第21页共36页电池包热管理性能开发控制策略BMS温度控制当电池最低温度低于0℃时，开启泵迚行液体循环，同时开启整车加热系统，使循环系统液体温度升高，进而升高电池的温度，当电池最低温度≥0℃时，关闭整车加热系统，当电池最低温度≥5℃时关闭泵，停止液体循环。当电池最高温度高于32.5℃时，开启泵迚行液体循环，同时开启空调系统，使循环系统的液体温度降低，进而降低电池的温度。当电池最高温度低于32.5℃时，关闭制冷系统，当电池最高温度低于27.5℃时，关闭泵，停止液体循环。第22页共36页电池包热管理性能开发仿真分析仿真分析环境温度25℃，工况NEDC，NEDC循环最高温升6.61℃，温差3.6℃，结果如下图。物性参数计算X：串联方向，Y、Z：并联方向。P：正极，N：负极，S：隔膜。λ：导热系数，ρ：密度，Cp：比热。h：厚度，v：体积，C：比热。𝝀𝒙=𝒉𝒙𝒉𝒙𝒑𝝀𝒑+𝒉𝒙𝒏𝝀𝒏+𝒉𝒙𝒔𝝀𝒔𝝀𝒚=𝝀𝒛=𝝀𝒑𝒉𝒙𝒑+𝝀𝒏𝒉𝒙𝒏+𝝀𝒔𝒉𝒙𝒔𝒉𝒙𝝆=𝝆𝒑𝒗𝒑+𝝆𝒏𝒗𝒏+𝝆𝒔𝒗𝒔𝒗𝒑+𝒗𝒏+𝒗𝒔𝑪𝒑=𝝆𝒑𝑪𝒑𝒗𝒑+𝝆𝒏𝑪𝒏𝒗𝒏+𝝆𝒔𝑪𝒔𝒗𝒔𝝆(𝒗𝒑+𝒗𝒏+𝒗𝒔)第23页共36页电池包热管理性能开发工程验证国标GB/T31467.1-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分：高功率应用测试规程GB/T31467.2-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分：高能量应用测试规程GB/T31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分：安全性要求与测试方法热试验包括：温度冲击、湿热循环、外部火烧、过温保护、过充电保护、过放电保护。环境温度25℃，前两个是存储方面的试验，过温按最大充放电倍率进行，过充国标建议1C，过放国标按1C进行。第24页共36页整车热管理性能开发开发介绍竞品车性能乘员舱舒适性分析乘员舱日照射除霜除雾分析机舱热管理机舱流场机舱温度场产品验证底盘热保护采暖降温分析乘员舱热管理方案开发工程开发三电热管理电池包电机电控DCDC充电机第25页共36页整车热管理性能开发乘员舱热管理第26页共36页整车热管理性能开发乘员舱热管理前挡风玻璃冲击点参考长度220mm～260mm除霜风道引导线按B区下边界侧窗玻璃玻璃冲击点第27页共36页整车热管理性能开发乘员舱热管理参考长度18mm～24mm建议角度18度～22度参考长度90mm～120mm第28页共36页整车热管理性能开发乘员舱热管理乘员体表温度分布图乘员体表温度统计表第29页共36页整车热管理性能开发乘员舱热管理夏天舒适区域冬天舒适区域q：wholebody，p：scalp，o：face，n：chest，m：upperback，l：leftupperarm，k：rightupperarm，j：leftlowerarm，i：rightlowerarm，h：lefthand，g：righthand，f：leftthigh，e：rightthigh，d：leftcalf，c：rightcalf，b：leftfoot，a：rightfoot，ISO14505-2-2006，共17个部分。第30页共36页整车热管理性能开发机舱热管理开口比：10%第31页共36页整车热管理性能开发机舱热管理第32页共36页整车热管理性能开发机舱热管理基本类型气候类型环境温度℃太阳辐射W/m2相对湿度%热热干32～490～11203～8热湿31～410～108059～88基本恒定高湿24不计95～100变高湿26～350～97074～100基本热30～430～1120趋于饱和基本冷-20～33不计趋于饱和冷冷-37～46不计趋于饱和极冷极冷-51不计趋于饱和第33页共36页整车热管理性能开发工程验证国标行标GB11555-2009汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法GB/T24552-2009电动汽车风窗玻璃除霜除雾系统的性能要求及试验方法GB/T12542-2009汽车热平衡能力道路试验方法GB/T12782-2007汽车采暖性能要求和试验方法GB/T31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分安全性要求与测试方法GB/T31485-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法GB/T28382-2012纯电动乘用车技术条件QC/T568-2009汽车空调制冷系统性能道路试验方法性能验收仿真精度时间成本第34页共36页整车热管理性能开发工程验证第35页共36页整车热管理性能开发联合性能开发性能管控整车风阻续航里程整车热管理低风阻，降低20counts，可以提升10km左右里程。影响因素很多，空气动力学和热管理是其中的两个。对机舱、乘员舱流动和温度场进行精细管理，防止性能过剩，提高热管理效率。更精细的整车性能指标第36页共36页整车热管理性能开发联合性能开发thanks！