大家好，本系列文章的目標(biāo)是幫助對整車熱管理建模感興趣的朋友更快的了解這個MATLAB 內(nèi)置的純電車案例：Electric Vehicle Thermal Management (點擊“閱讀原文”，直達這個案例！)

如果有需要了解更多的細節(jié)信息，比如模塊的使用、模型的擴展、建模方法的擴展等等，您可以給在每一期的文章下面留言，我們會考慮增加相應(yīng)的內(nèi)容。

左圖是示例冷卻系統(tǒng)架構(gòu)；

右圖是參照此架構(gòu)搭建的純電車熱管理模型；

1.模型工具

MathWorks 提供了豐富的建模工具鏈適用于各種場合，可以根據(jù)需要選用。

其中基于信號流的建模方式比較常見，MathWorks 的整車建模工具箱 Powertrain Blockset 和 Vehicle Dynamics Blockset 就提供了這種類型的車輛零件部件模塊庫。

另一種針對物理對象建模的主流方法就是非因果的物理建模方法，不需要推導(dǎo)系統(tǒng)方程，沒有信號的流動方向，直接基于物理拓撲結(jié)構(gòu)連接庫模塊進行系統(tǒng)建模。MathWorks 的 Simscape 就是其中的一種物理建模仿真平臺。

在我們接下來要介紹的純電車熱管理案例模型涉及到的主要工具：Simscape+ Fluids。

如果我們所關(guān)心的冷卻系統(tǒng)涉及到各種不同物理域的話，對應(yīng) Fluids/Simscape 不同的下級子模塊庫。

比如，

乘員艙除了溫度還考慮濕度，則認為是Moist Air濕空氣，如果不需要就是干空氣模型；

平時所說的水/液冷則屬于Thermal Liquid熱流體；

如果是空調(diào)系統(tǒng)，則為Two-Phase Fluid兩相流；

另一種針對物理對象建模的主流方法就是非因果的物理建模方法，不需要推導(dǎo)系統(tǒng)方程，沒有信號的流動方向，直接基于物理拓撲結(jié)構(gòu)連接庫模塊進行系統(tǒng)建模。MathWorks 的 Simscape 就是其中的一種物理建模仿真平臺。

熱交換器的熱量傳遞可以發(fā)生在任意物理域的流體之間，氣體 VS 液體，氣體 VS 氣體，液體VS液體，液體 VS 制冷劑等等，所以提供了專門的Heat Exchanger庫，表征不同熱交換器特性;

畢竟是熱相關(guān)模型，所以或多或少用到了Thermal庫模塊來模擬熱源以及熱量的傳遞；

整個模型按照物理域來劃分，如下圖：

當(dāng)然，所有的模型本質(zhì)都是數(shù)學(xué)方程，既然如此，那用 Simulink 建模也是可以實現(xiàn)的。

2.熱管理系統(tǒng)工作模式

冷卻回路通常會通過不同的工作模式來滿足不同的熱負載需求。通過控制圖示中的三通閥、四通閥不同的連通方式得到不同的冷卻回路，比如：

Case1：

在環(huán)境以及電池低溫，電池不需要散熱甚至需要加熱的時候，不需要 Radiator，不需要 Chiller。

四通閥串聯(lián)模式，分別連通 A-B，C-D，如下圖，電池冷卻回路和電機冷卻回路串聯(lián)在一起；

Radiator 的三通閥， A-B 連通；

Chiller 三通閥， A-B 連通；

Case2：

工作一段時間后，電池溫度升高，但散熱需求不大時：

四通閥依舊串聯(lián)模式；

Radiator 三通閥，A-C 連通，通過 Radiator 滿足散熱需求；

Chiller 依舊被 Bypass；

Case3:

當(dāng)環(huán)境或者電池的散熱需求更大時，

四通閥并聯(lián)模式，A-D,B-C 連通，電機和電池冷卻回路互不連通；

Radiator 三通閥 A-C 連通，用于給電機、充電器、逆變器等散熱；

Chiller 三通閥 A-C 連通，將電池大量的熱通過 Chiller 散到制冷回路；

3.關(guān)于系統(tǒng)集成

很多人都問過 Simscape 是怎么和 Simulink耦合的。

如果把上圖的“冷卻系統(tǒng)”當(dāng)作一個整體，外界需要給定：

熱負載

以及各個主要部件的控制

熱負載

在這個例子里熱負載是Simulink 模型計算出來的，通過Heat Flow Source為接口，輸入熱模型模擬部件發(fā)熱量，如下圖：

熱管理系統(tǒng)閉環(huán)控制

和剛剛的熱負載類似，控制命令一般是通過源模塊來施加影響，比如下圖的電池泵轉(zhuǎn)速源模塊 Ideal Angular Velocity Source。

同時通過對應(yīng)物理域提供的傳感器模塊測出反饋信號，下圖的熱流溫度傳感器 Temperature Sensor測出電池入口冷卻液溫度，反饋回 Simulink 模型控制算法。

工況集成

開環(huán)

熱負載來自于整車工況。單獨測試熱管理模型時，可以根據(jù)駕駛循環(huán)做簡化查表得到熱負載，包括典型工況與極端工況測試。

比如這個例子里從速度-電流-發(fā)熱量做了一個查表計算(或者也可以直接輸入車速以及通過整車仿真得到的熱負載 Q 曲線作為工況)。

總之，這里的駕駛場景本質(zhì)上就是條各種工況的速度曲線。當(dāng)然，還有環(huán)境場景，比如溫度、壓力、濕度等等。

仿真分析

如果需要寫一些自動化仿真的腳本以及數(shù)據(jù)后處理代碼，案例里額提供的這些可以作為參考，如何通過腳本設(shè)置模型參數(shù)、如何獲取仿真結(jié)果等等：

查看模型的仿真結(jié)果：

以及系統(tǒng)各零部件能耗：

這種方式下，熱管理系統(tǒng)是在既定熱負載的前提下工作的。因為沒有整車模型，溫度信息并沒有反饋到整車來進一步分析熱管理對整車性能和油耗的影響。

審核編輯：湯梓紅