混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法与流程

技术特征：
1.一种混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将混合动力汽车的物理实体按照整车能量管理的要求进行逐级划分，直至划分为零部件的组成；步骤2：根据划分结果，按照零部件、总成、子系统、整车的顺序逐级对物理实体进行系统建模，并根据整车能量管理构建整车能量管理系统模型和能量管理控制模型；同时，根据整车的热管理系统建立热管理系统模型和热管理控制模型；然后，将整车能量管理系统模型及其控制模型和热管理系统模型及其控制模型进行关联和集成；其中，物理实体进行系统建模具体包括动力驱动系统一维仿真建模、电气系统一维仿真建模、发动机冷却系统一维仿真建模、电机电控冷却系统一维仿真建模、动力电池热管理系统一维仿真建模、空调系统一维仿真建模、乘员舱一维仿真建模、热管理系统控制仿真建模、以及整车能量管理与热管理系统一维集成仿真建模；步骤3：对步骤2中关联和集成后的模型，进行能量转化模拟，热源的产热量模拟，能量流传递与分布模拟，热量传递模拟，传热介质的温度、流动状态、传热与散热模拟，乘员舱传热模拟，通过数据与信号传输技术实现热管理各子系统之间、整车能量管理与热管理系统之间的关联以及数据和信息的交互，实现混合动力汽车从整体到局部的能量管控；步骤4：记录模拟过程中的数据和信息，并根据模拟过程中的数据和信息对建立的各个模型进行调整，用于指导整车层级的热管理系统集成设计、系统部件选型匹配、敏感性参数分析、能量管理与热管理控制策略优化、能耗与续驶里程分析和预测。2.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述动力驱动系统一维仿真建模包括驾驶员模型、车辆模型、发动机模型、传动机构模型、驱动电机模型和车辆控制器vcu模型的建模，其中，建立驾驶员模型时，驾驶员模拟参数包括加速和制动信号、车辆循环工况以及换挡策略；建立车辆模型时，车辆模拟参数包括环境参数、整车质量、整车风阻、迎风面积、轮胎参数及制动力；建立发动机模型时，发动机模拟参数包括发动机的冲程、排量、缸数、外特性数据、油耗率数据、ecu控制单元数据；建立传动机构模型时，传动机构模拟参数包括齿轮的结构参数、传动比、传动效率及离合器性能数据；建立驱动电机模型时，驱动电机模拟参数包括电机类型、电机的最大电流和扭矩、电机和电机控制器的效率map；建立车辆控制器vcu模型时，车辆控制器vcu模拟参数包括车辆运行模式切换策略、功率和扭矩分配策略以及制动能量回收策略。3.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述电气系统一维仿真建模包括高压电气部件和低压电气部件两部分建模，其中，所述高压电气部件包括动力电池、dc/dc转换器、驱动电机、ptc加热器和电动压缩机；所述低压电气部件包括低压蓄电池、电子风扇电机、电子水泵电机、鼓风机电机以及其它汽车用电设备的供电和控制装置；建立电气系统模型时，电气系统模拟参数包括动力电池的电压和内阻随soc、温度及电
流的变化关系；dc/dc转换器的效率；ptc加热器的输入电压、电流和效率；低压蓄电池的开路电压和内阻；电子风扇、电子水泵、鼓风机、压缩机及其它电气负载工作时的输入电压、电流和效率。4.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述发动机冷却系统一维仿真建模包括发动机水套、水泵、节温器、水散热器、机油冷却器、涡轮增压器水套、暖风芯体、膨胀水壶以及各部件之间的连接管路的建模；建立发动机冷却系统模型时，发动机冷却系统模拟参数包括冷却液类型及物性参数，各部件之间连接管路的管径、管长、弯度及管道内壁粗糙度，水泵的叶轮尺寸、水腔容积及水泵的转速-流量-扬程特性数据，膨胀水壶的尺寸、容积、压力盖泄压压力，水散热器、机油冷却器及暖风芯体的结构数据、容积、流阻数据和换热特性数据，发动机水套和涡轮增压器水套的结构数据、换热面积、容积和流阻数据，节温器的开度与冷却液温度的关系及节温器的流阻数据。5.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述电机电控冷却系统一维仿真建模包括电机水套、电机控制器水套、电子水泵、低温散热器、膨胀水壶以及各部件之间的连接管路的建模；建立电机电控冷却系统模型时，电机电控冷却系统模拟参数包括：各部件之间连接管路的管径、管长、弯度及管道内壁粗糙度，电子水泵的叶轮尺寸、水腔容积及水泵的转速-流量-扬程特性数据，电机和电机控制器水套的结构参数、换热面积、容积、流阻数据，膨胀水壶的尺寸、容积、压力盖泄压压力，低温散热器的结构数据、容积、流阻数据和换热特性数据。6.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述动力电池热管理系统一维仿真建模包括电芯单体、电池模组、电池整包、电池水冷板、导热硅胶、电子水泵、电池冷却器、ptc加热器、三通电磁阀、膨胀水壶以及各部件之间的连接管路的建模；建立动力电池热管理系统模型时，动力电池热管理系统模拟参数包括：电芯单体的结构数据、质量、材料物性数据、电芯充放电过程中电压和内阻随soc、温度及电流的变化关系；电池模组中电芯的数量、电芯之间和模组之间的连接关系；电池整包中电池模组的数量、安装布局、电池箱体的材料物性、箱体尺寸以及换热面积等；水冷板材料的密度、导热系数、比热容、容积、质量、流通截面积、换热面积、流阻数据和换热特性数据；导热硅胶的密度、导热系数、比热容、厚度以及导热接触面积；电子水泵的叶轮尺寸、水腔容积以及水泵的转速-流量-扬程特性数据；电池冷却器内部换热通道的结构数据、单体换热性能试验数据；ptc电热器的电加热功率特性；三通电磁阀的流通截面积、流阻随开度和流量的变化关系；膨胀水壶的尺寸、容积、压力盖泄压压力；各部件之间连接管路的管径、管长、弯度及管道内壁粗糙度。7.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述空调系统一维仿真建模包括冷凝器、蒸发器、热力膨胀阀、电子膨胀阀、压缩机、储液罐及连接管路的建模；建立空调系统模型时，空调系统模拟参数包括：制冷剂的类型、物性参数和充注量；冷凝器芯体、翅片和扁管的结构数据，单体换热性能试验数据；蒸发器芯体、翅片和扁管的结
构数据，单体换热性能试验数据；热力膨胀阀在不同开度下的制冷剂压力和流量特性数据；电子膨胀阀在不同开度下的制冷剂压力和流量特性数据；压缩机类型、排量、不同转速和压比下的体积效率、等熵效率和机械效率；储液罐的容积、入口和出口高度及气液初始比例；空调连接管路的管径和长度。8.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述乘员舱一维仿真建模包括顶棚、地板、仪表盘、座椅、车门、车窗、后围和侧围的建模；建立乘员舱模型时，乘员舱模拟参数包括：乘员舱各组成部件材料的密度、导热系数、比热容、质量、厚度、换热面积以及与水平面的夹角；车窗玻璃的密度、导热系数、比热容、车窗与水平面的夹角、玻璃投影面积以及玻璃的太阳光透射率；乘员舱组成部件与外部空气的对流换热系数，乘员舱组成部件与内部空气的对流换热系数；乘员舱部件与车身外部空气和内部空气的热辐射换热数据。9.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述热管理控制系统仿真建模包括发动机冷却控制、电机电控冷却控制、动力电池热管理控制、空调系统控制、乘员舱热舒适性控制以及各种阀门开启关闭或开度的控制的建模；其中，发动机冷却控制包括节温器开度-温度控制以及风扇转速控制；电机电控冷却控制包括电子水泵转速控制以及风扇转速控制；动力电池热管理控制包括电子水泵转速控制、电子膨胀阀开启温度控制及ptc电加热功率控制；空调系统控制包括电动压缩机转速控制、电子膨胀阀开度控制及风扇转速控制；乘员舱热舒适性控制包括鼓风机转速控制及内外循环风比例控制。10.如权利要求1所述的混合动力汽车热管理系统一维联合仿真建模方法，其特征在于：所述整车能量管理与热管理系统一维集成仿真建模包括对动力驱动系统、电气系统、热管理系统和热管理控制系统仿真模型进行关联和集成；其中，发动机冷却系统与动力驱动系统中的发动机模型相关联，根据车辆动力驱动模型计算出的发动机转速和扭矩，查发动机热平衡试验数据map表得到发动机水套的散热量；动力电池热管理系统与电气系统和动力驱动系统模型相关联，通过车辆动力驱动模型计算出动力电池需要输出的电压和电流，进而确定动力电池的发热量和温度；动力电池热管理系统与空调系统通过电池冷却器相关联，根据动力电池的冷却需求确定空调系统压缩机转速和电子膨胀阀开度；电机电控冷却系统与电气系统和整车动力驱动系统模型相关联，通过车辆动力驱动模型计算出驱动电机需要输出的转速和扭矩，根据电机与电机控制器的效率map确定电机电控冷却系统的发热量和散热量需求；空调系统与乘员舱模型相关联，通过空调系统模型计算出蒸发器出口冷空气温度和流量，为乘员舱模型提供温度和流量等仿真边界条件；车辆控制器vcu模型与整车动力驱动系统模型相关联，为车辆动力性能模拟提供运行模式切换、轮端需求功率和扭矩、换挡控制策略以及制动能量回收策略；热管理控制系统模型与热管理各子系统相应的控制执行器相关联，为电子水泵、电子风扇、压缩机、电子膨胀阀、阀门、鼓风机、内外循环风门以及ptc加热器的电控部件提供控
制信号。

技术总结
本发明提供一种混合动力汽车整车热管理系统一维仿真建模方法，包括动力驱动系统模型、电气系统模型、发动机冷却系统模型、动力电池热管理系统模型、电机电控冷却系统模型、空调系统模型、乘员舱模型、车辆能量管理控制模型、热管理系统控制模型等；根据整车能量管理和热管理的耦合关系，结合整车能量流和热量流的传递路径以及控制逻辑等，对前述各系统、控制模块的仿真模型进行集成，构建混合动力汽车的整车热管理系统一维联合仿真模型，为混合动力汽车热管理系统的集成设计、系统部件选型匹配、综合性能分析、控制策略优化以及能耗与续驶里程分析和预测等提供仿真平台。驶里程分析和预测等提供仿真平台。驶里程分析和预测等提供仿真平台。


技术研发人员：许翔 于镒隆 徐露 牟连嵩 徐俊芳 王远 张艺伦 王丹
受保护的技术使用者：中汽研（常州）汽车工程研究院有限公司
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/25