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動力電池冷卻系統(tǒng)流量仿真

2020-05-04 21:01:30·  來源：江淮汽車  
　
摘要：文章介紹 Flowmaster 軟件在冷卻系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，在選擇水泵的型號時，軟件可以計算得到系統(tǒng)的流阻需求。在水泵選型后，軟件可以計算水泵各轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)的
摘要：文章介紹 Flowmaster 軟件在冷卻系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用，在選擇水泵的型號時，軟件可以計算得到系統(tǒng)的流阻需求。在水泵選型后，軟件可以計算水泵各轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)的流量大小，確認(rèn)其性能是否滿足需求。
 
前言
純電動汽車因動力來源不是發(fā)動機(jī)而不能使用機(jī)械水泵，電子水泵由電池提供動力，如果水泵性能過剩就會加速電池電量的消耗，增加客戶的續(xù)航焦慮；如果水泵性能不足就會降低電池的散熱能力，電池在高溫條件下工作會降功率輸出甚至熱失控[1]。因此為使冷卻系統(tǒng)性能充分發(fā)揮，水泵的選型和策略的標(biāo)定非常重要。
 
1 分析流程
在選擇水泵的型號時，搭建動力電池的一維冷卻系統(tǒng)模型，此時模型中水泵元件用通用元件代替，計算某流量下系統(tǒng)的總流阻；選擇合適的水泵后，需開展校核工作，將前期模型中的通用元件換成水泵元件，模擬水泵在不同轉(zhuǎn)速時系統(tǒng)的流量是否匹配冷卻需求流量，如果滿足則仿真結(jié)束，如果不滿足，重新選擇水泵的型號后重復(fù)以上仿真。
2 搭建模型
2.1 零部件技術(shù)信息
模型中元件性能的輸入非常重要，輸入越精確，那么仿真結(jié)果的精度越高。本次仿真需要的信息主要是零部件的流阻性能和冷卻管路尺寸。前者通過廠家獲取，一般通過測試或者 CFD 仿真得到流阻測試結(jié)果，使用數(shù)據(jù)前進(jìn)行簡單判斷，將該數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中相似的零部件性能做比較，如果基本相同則證明數(shù)據(jù)在傳遞的過程中沒有出現(xiàn)差錯，如果相差較大則再次聯(lián)系廠家進(jìn)行確認(rèn)。冷卻管路尺寸主要可以使用三維模型測量得到或者借助專業(yè)軟件，目前商業(yè)公司已開發(fā)出可以將三維管路信息轉(zhuǎn)換到 Flowmaster 中管路元件的軟件，這一軟件提高了復(fù)雜系統(tǒng)管路數(shù)據(jù)采集的效率，也消除了人工測量時產(chǎn)生的誤差。
（1）冷卻器有 4 個點數(shù)據(jù)，4L/min@3kPa、6L/min@5.58kPa、8L/min@9.15kPa、10L/min@12.84kPa，在軟件中擬合得到圖 1。
 
 
某動力電池冷卻系統(tǒng)較為簡單，其結(jié)構(gòu)組成包含起冷卻作用的冷卻器、起低溫加熱作用的電加熱器、水泵等，通過串聯(lián)的方式進(jìn)行連接。按照動力電池冷卻系統(tǒng)原理圖建立圖4 中的仿真模型。
3 基本校核
通過動力電池發(fā)熱量，可以得到動力電池流量需求為 10L/min，下表 1 中流量為 10、15、20L/min 時，系統(tǒng)總流阻和主要零部件的流阻。
 
 
 
首先將上邊模型中的通用元件更換為水泵元件，然后把水泵的技術(shù)信息和性能參數(shù)輸入水泵元件，得到圖 6 所示模型，最后計算不同轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)各點的流量和壓力，結(jié)果顯示：
  1. 水泵轉(zhuǎn)速達(dá)到轉(zhuǎn)速 3680r/min 時，水泵出口流量達(dá)到10L/min；
  2. 水泵轉(zhuǎn)速達(dá)到最高轉(zhuǎn)速 4400r/min 時，水泵出口流量為 13.28L/min。
5 結(jié)論
在為冷卻系統(tǒng)選擇水泵時，首先通過 Flowmaster 軟件計算出系統(tǒng)的總流阻，提出水泵的需求條件，然后聯(lián)系廠家選擇適合的水泵，型號確定后，通過模型校核水泵在不同轉(zhuǎn)速下系統(tǒng)各點的流量和壓力，本次仿真結(jié)果滿足散熱的流量需求，仿真結(jié)束。
作者：高蒙蒙，劉建祥，朱增懷，吳義磊，崔敏
單位：安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司
 
 
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