空气动力学与热管理性能开发.pdf
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空气动力学与热管理空气动力学与热管理性能开发性能开发陈飞陈飞mfei_mfei_20172017-0404-1616第第22页页共共3636页页目录目录性能开发性能开发流程流程介绍介绍空气动力学性能开发空气动力学性能开发电池包热管理性能开发电池包热管理性能开发整车整车热管理性能开发热管理性能开发第第33页页共共3636页页性能开发性能开发流程流程介绍介绍整车整车88阶段开发流程阶段开发流程Adv.WorkAdv.Work前期工作前期工作ConceptDevelopmentConceptDevelopment概念开发概念开发ProductDevelop.ProductDevelop.产品产品开发开发ProductvalidationProductvalidation产品认证产品认证PPilotilot试生产试生产G8G8G7G7G6G6G5G5G4G4G3G3G2G2G1G1项目开始项目开始方案开发方案开发项目批准项目批准工程冻结工程冻结OTSOTS样车评审样车评审ESOESO工程工程签署签署试生产评审试生产评审制造签署制造签署为产品项目的批准进行战略准备,包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。
在决策层批准后后形成项目任务书。
在决策层批准后启动项目。
启动项目。
根据项目任务书设定的边界条件,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,目中的冲突,最终冻结产品造型,车型配置,车型配置,VTSVTS和项目经济性,批和项目经济性,批准项目准项目实施。
实施。
完成内外造型设计并发布经验证的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,发表面数据;完成产品工程开发,发布最终的面向制造的工程布最终的面向制造的工程数据。
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;验证产品是否符合量生产工装模具;验证产品是否符合VTS/SSTSVTS/SSTS中所有的规中所有的规定项目;生产样车制造和验证,进行定项目;生产样车制造和验证,进行100100零部件和工艺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,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。
制造符合相关阶段要求的产品。
第第44页页共共3636页页性能开发性能开发流程流程介绍介绍整车整车VV字形开发流程字形开发流程零部件零部件SSTSSSTS、技术、技术协议和协议和DVPDVP零部件性能零部件性能目标设定目标设定零部件零部件结构结构设计设计系统性能目系统性能目标设定标设定系统性能目系统性能目标验收标验收整车性能目标设定整车性能目标设定VTSVTS整车性能目标验收整车性能目标验收Adv.WorkAdv.Work前期工作前期工作ConceptDevelopmentConceptDevelopment概念开发概念开发ProductDevelopmentProductDevelopment产品产品开发开发ProductvalidationProductvalidation产品认证产品认证PPilotilot试生产试生产G8G8G7G7G6G6G5G5G4G4G3G3G2G2G1G1竞竞品品车车性性能能分分析析产产品品销销售售区区域域及及市市场场定定位位国国标标和和企企标标解解读读整整车车及及系系统统性性能能开开发发性性能能问问题题整整改改性性能能控控制制及及提提升升零部件零部件系统系统整车整车用户体验用户体验第第55页页共共3636页页性能开发性能开发流程流程介绍介绍前期策划阶段前期策划阶段前期前期策划策划竞品竞品车性能试验车性能试验竞品竞品车性能车性能分析分析销售区域定位销售区域定位市场定位分析市场定位分析国标企标解读国标企标解读性能指标初版性能指标初版性能开发计划性能开发计划项目任务书初版项目任务书初版第第66页页共共3636页页性能开发性能开发流程流程介绍介绍方案概念阶段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,一维级分析,一维(方案方案)分析软件:
分析软件:
KULIKULI、FlowmasterFlowmaster(FloMASTERFloMASTER)、GTGT-suitesuite,三维仿真软件:
,三维仿真软件:
FluentFluent、STARCCM+STARCCM+等。
等。
技术方案技术方案空空气气动动力力学学方方案案空空调调性性能能开开发发方方案案冷冷却却系系统统开开发发方方案案整整车车目目标标值值VVTTSS性性能能计计划划图图性性能能开开发发计计划划机机舱舱开开发发方方案案竞品竞品车性能车性能结结构构分分析析零零部部件件试试验验仿仿真真分分析析造造型型阶阶段段外外流流场场分分析析空空调调性性能能流流场场分分析析机机舱舱流流场场分分析析造造型型风风洞洞试试验验仿真与试验仿真与试验第第77页页共共3636页页性能开发性能开发流程流程介绍介绍工程开发阶段工程开发阶段三维仿真分析三维仿真分析除除霜霜除除雾雾采采暖暖降降温温乘乘员员舱舱舒舒适适性性及及日日照照射射底底盘盘热热保保护护整整车车外外流流场场及及噪噪声声三三电电热热管管理理机机舱舱温温度度场场一维匹配分析一维匹配分析空空调调及及电电池池包包系系统统匹匹配配冷冷却却系系统统匹匹配配电电机机冷冷却却系系统统匹匹配配空空调调性性能能验验证证热热平平衡衡性性能能验验证证整整车车风风洞洞试试验验目目标标达达成成及及仿仿真真分分析析总总结结设计验证设计验证DVPDVP整整车车目目标标值值VVTTSS终终版版三维系统级仿真分析还包括:
三维系统级仿真分析还包括:
HVACHVAC优化、进气系统分析、排气系统分析、冷却系统分析等。
优化、进气系统分析、排气系统分析、冷却系统分析等。
第第88页页共共3636页页性能开发性能开发流程流程介绍介绍产品验证阶段产品验证阶段性能性能指标指标仿真分仿真分析总结析总结性能指性能指标验收标验收OTSOTS件试件试验验证验验证验证仿真分析精度,提验证仿真分析精度,提高分析可信度。
高分析可信度。
数据积累,丰富分析流数据积累,丰富分析流程,提高效率。
程,提高效率。
空气动力学性能指标验收。
空气动力学性能指标验收。
热管理性能指标验收。
热管理性能指标验收。
整车风洞试验。
整车风洞试验。
空调性能试验。
空调性能试验。
热平衡性能试验。
热平衡性能试验。
VTSVTS整车性能指标整车性能指标验收验收(一级一级)第第99页页共共3636页页空气动力学性能开发空气动力学性能开发开发介绍开发介绍工程开发工程开发整整车车风风阻阻目目标标达达成成参参与与造造型型评评审审造造型型风风洞洞试试验验气气动动噪噪声声分分析析造造型型外外流流场场分分析析优优化化整整车车风风洞洞试试验验整整车车外外流流场场分分析析竞品车研究竞品车研究竞竞品品车车风风洞洞试试验验竞竞品品车车风风阻阻系系数数硬硬模模车车风风洞洞试试验验风风阻阻目目标标验验收收及及分分析析总总结结产品产品验证验证竞竞品品车车整整车车尺尺寸寸气气动动噪噪声声分分析析造型阶段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,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。
提出详细的优化方案。
第第1010页页共共3636页页空气动力学性能开发空气动力学性能开发造型开发造型开发第第1111页页共共3636页页空气动力学性能开发空气动力学性能开发整车整车开发开发第第1212页页共共3636页页空气动力学性能开发空气动力学性能开发产品验证产品验证导流片整流网试验段风扇第第1313页页共共3636页页空气动力学性能开发空气动力学性能开发案例分享案例分享i6:
Cd=0.25第第1414页页共共3636页页空气动力学性能开发空气动力学性能开发案例分享案例分享瑞风瑞风S7S7:
Cd=0.35Cd=0.35GGS8S8:
Cd=0.347Cd=0.347座座第第1515页页共共3636页页电池包热管理性能开发电池包热管理性能开发开发介绍开发介绍性能性能挑战挑战低温适低温适应性应性续航里续航里程风阻程风阻电池包电池包安全安全空调性空调性能采暖能采暖定义定义电电芯最佳温度上限和下限,在芯最佳温度上限和下限,在此温度区间内运行,能够提供此温度区间内运行,能够提供100的功率,但对电芯寿命不会产生额的功率,但对电芯寿命不会产生额外的外的衰减;衰减;最佳最佳温度区间温度区间,保证,保证单体电芯温度单体电芯温度分布的温差不超过分布的温差不超过5及电芯之间的及电芯之间的温差不超过温差不超过5;热管理必须热管理必须具有冷却电芯最高温度具有冷却电芯最高温度为为60至至电电芯温度为芯温度为45,时间低,时间低于于1200s的能力的能力;车辆处于停放条件下车辆处于停放条件下,电,电芯最佳运芯最佳运行行上限时静上限时静置在置在60环境中,环境中,10小小时内电芯最高温度的时内电芯最高温度的温升不能温升不能超过超过10;车辆处于停放条件下车辆处于停放条件下,电,电芯芯最佳下最佳下限温度限温度时时静静置在置在-10环境中,环境中,16小小时内电芯最高温度的温度降低不能时内电芯最高温度的温度降低不能超过超过20。
第第1616页页共共3636页页电池包热管理性能开发电池包热管理性能开发整体方案整体方案冷冷凝凝器器压缩机压缩机冷冷却却风风扇扇蒸蒸发发器器冷冷却却器器膨膨胀胀阀阀膨膨胀胀阀阀PTCPTC水壶水壶水泵水泵电电池池包包冷却系统冷却系统加热系统加热系统保温系统保温系统温升温降温升温降温度均匀温度均匀第第1717页页共共3636页页电动车热管理性能开发电动车热管理性能开发风冷风冷方案方案串行串行通风通风并行通风并行通风低温空气从一侧迚入幵从另一侧流出低温空气从一侧迚入幵从另一侧流出,进口,进口处的空气温度处的空气温度低,此处的电池温度低,反之,出口处的电池温度高。
低,此处的电池温度低,反之,出口处的电池温度高。
优点:
电池箱体相对优点:
电池箱体相对较小。
较小。
缺点:
电池缺点:
电池散热不均匀散热不均匀。
通过楔形通过楔形的进气的进气和排气通道设计,使得各电池单体、电池和排气通道设计,使得各电池单体、电池模块之间气流平行通过,有助于空气模块之间气流平行通过,有助于空气在不同在不同电池单体和模电池单体和模块间的均匀分布。
块间的均匀分布。
优点:
电池温度相对更均匀。
优点:
电池温度相对更均匀。
缺点:
电池箱体相对较大。
缺点:
电池箱体相对较大。
第第1818页页共共3636页页电池包热管理性能开发电池包热管理性能开发直冷方案直冷方案ii33冷却方案冷却方案充放电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0.5m;8个模组,每个模组12个电芯。
充电温度060,放电温度-2560。
第第1919页页共共3636页页电池包热管理性能开发电池包热管理性能开发直冷方案直冷方案制冷剂:
R123a;冷却效果比液冷高出34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。
第第2020页页共共3636页页电池包热管理性能开发电池包热管理性能开发液冷方案液冷方案ModelSModelS8585冷却方案冷却方案电池组由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。
第第2121页页共共3636页页电池包热管理性能开发电池包热管理性能开发控制策略控制策略BMSBMS温度控制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。
第第2222页页共共3636页页电池包热管理性能开发电池包热管理性能开发仿真分析仿真分析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。
:
导热系数,:
密度,Cp:
比热。
h:
厚度,v:
体积,C:
比热。
=+=+=+=+(+)第第2323页页共共3636页页电池包热管理性能开发电池包热管理性能开发工程验证工程验证国标国标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。
第第2424页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发开发介绍开发介绍竞品车性能竞品车性能乘乘员员舱舱舒舒适适性性分分析析乘乘员员舱舱日日照照射射除除霜霜除除雾雾分分析析机舱热管理机舱热管理机机舱舱流流场场机机舱舱温温度度场场产品产品验证验证底底盘盘热热保保护护采采暖暖降降温温分分析析乘员乘员舱热管理舱热管理方案开发方案开发工程开发工程开发三电三电热管理热管理电电池池包包电电机机电电控控DDCCDDCC充充电电机机第第2525页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发乘员舱热管理乘员舱热管理第第2626页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发乘员舱热管理乘员舱热管理前挡风玻璃冲击点前挡风玻璃冲击点参考长度参考长度220mm220mm260mm260mm除霜风道引导线按除霜风道引导线按BB区下边界区下边界侧窗玻璃玻璃冲击点侧窗玻璃玻璃冲击点第第2727页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发乘员舱热管理乘员舱热管理参考长度参考长度18mm18mm24mm24mm建议角度建议角度1818度度2222度度参考长度参考长度90mm90mm120mm120mm第第2828页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发乘员舱热管理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第2929页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发乘员舱热管理乘员舱热管理夏天舒适区域夏天舒适区域冬天舒适区域冬天舒适区域qq:
wholebody,pp:
scalp,oo:
face,nn:
chest,mm:
upperback,ll:
leftupperarm,kk:
rightupperarm,jj:
leftlowerarm,ii:
rightlowerarm,hh:
lefthand,gg:
righthand,ff:
leftthigh,ee:
rightthigh,dd:
leftcalf,cc:
rightcalf,bb:
leftfoot,aa:
rightfoot,ISO14505-2-2006,共17个部分。
第第3030页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发机舱热管理机舱热管理开口比:
开口比:
10%10%第第3131页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发机舱热管理机舱热管理第第3232页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发机舱热管理机舱热管理基本类型基本类型气候类型气候类型环境温度环境温度太阳辐射太阳辐射W/mW/m22相对湿度相对湿度%热热干32490112038热湿3141010805988基本恒定高湿24不计95100变高湿2635097074100基本热304301120趋于饱和基本冷-2033不计趋于饱和冷冷-3746不计趋于饱和极冷极冷-51不计趋于饱和第第3333页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发工程验证工程验证国标国标行标行标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性能验收验收仿真仿真精度精度时间时间成本成本第第3434页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发工程验证工程验证第第3535页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发联合性能开发联合性能开发性能性能管控管控整车风整车风阻阻续航里续航里程程整车热整车热管理管理低风阻,降低低风阻,降低20counts20counts,可以提升可以提升10km10km左右里程。
左右里程。
影响因素很多,空气动力影响因素很多,空气动力学和热管理是其中的两个。
学和热管理是其中的两个。
对机舱、乘员舱流动和对机舱、乘员舱流动和温度场进行精细管理,温度场进行精细管理,防止性能过剩,提高热防止性能过剩,提高热管理效率。
管理效率。
更精细的整车性能更精细的整车性能指标指标第第3636页页共共3636页页整车热管理性能开发整车热管理性能开发联合性能开发联合性能开发thanksthanks!
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- 空气动力学 热管 理性 开发
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