新能源汽車與新能源電池設(shè)計中的CAE仿真技術(shù)應(yīng)用

時間：2022-02-13作者：三橋設(shè)計有限公司瀏覽：368

隨著各國**對新能源汽車的關(guān)注，新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展*。傳統(tǒng)汽車的新能源汽車形式與傳統(tǒng)汽車相似，但內(nèi)部變化較大，產(chǎn)生了巨大的優(yōu)化和改進(jìn)空間。在新興設(shè)計領(lǐng)域，高精度、高質(zhì)量、全面、統(tǒng)一的輔助設(shè)計工具可以為企業(yè)技術(shù)帶來。




行業(yè)難題




新能源汽車系統(tǒng)組成復(fù)雜，涉及電、磁、控制、機(jī)械、流體等不同物理領(lǐng)域；以及整體、機(jī)械、氣動外觀、電子電氣等不同設(shè)計部門。如何綜合評價電磁、結(jié)構(gòu)、溫升等關(guān)鍵部件的性能，如何綜合評價系統(tǒng)與部件的匹配，如何協(xié)調(diào)各設(shè)計部門的設(shè)計？上述問題涉及水平多域設(shè)計、垂直多層次設(shè)計，甚至需要綜合考慮流程和數(shù)據(jù)管理。




新能源汽車動力系統(tǒng)由高性能牽引電機(jī)提供扭轉(zhuǎn)輸出，涉及流體、結(jié)構(gòu)、溫度、電磁和控制等復(fù)雜的物理場問題。




新能源汽車動力電池是一個新的組成部分，主要考慮試驗過程的安全性和設(shè)計階段使用壽命的管理。兩者分別與汽車碰撞安全和電池?zé)峁芾磔^相關(guān)。碰撞安全涉及到電池的安全使用，而電池組的熱管理在很大程度上影響了電池組的整體壽命和里程。




整車級EMC測試標(biāo)準(zhǔn)主要限制車輛**器和車外輻射源的工作EMC性能。車內(nèi)電子設(shè)備數(shù)量多，新能源汽車更多，可能成為輻射干擾源或 ** 電機(jī)、變流器、各種天線等擾體ECU等等，種類繁多，頻譜跨度廣，安裝位置多樣。EMC在整車的最后設(shè)計階段，設(shè)計師需要付出更多的代價。




解決方案




新能源汽車的各個方面提供統(tǒng)一、準(zhǔn)確的分析系統(tǒng)和解決方案。




鋰電池散熱




ANSYS Fluent 定制單體鋰電池M ** D模型，內(nèi)置三個1D的電化學(xué)模型來計算電池內(nèi)部的電流及熱量生成，用于也可以通過自定義的程序來求解電化學(xué)反應(yīng)的過程。M ** D模型可以大大簡化單體電池的熱分析過程，其計算精度也能滿足工程要求。




ANSYS Fluent 鋰離子電池組熱管理分析的主要問題是工作溫度和電池溫度均勻性，可分為電池模塊和模塊之間的溫度均勻性。在電池組的熱分析中，ANSYS CFD其巨大優(yōu)勢：




首先，在簡化模型處理方面的優(yōu)勢。電池組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常非常復(fù)雜，包括螺栓、支撐結(jié)構(gòu)、銅片等細(xì)節(jié)。在這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)下，需要提取熱分析所需的關(guān)鍵部件，如換熱通道和電池CFD計算。使用ANSYS Space Claim幾何建模和修復(fù)工具可以簡化幾何模型，并獲得用于計算的模型。




二是求解器模型的優(yōu)點，ANSYS Fluent中間流程耦合M ** D該模型的電化學(xué)方程可以獲得較準(zhǔn)確的溫度分布，并較準(zhǔn)確地指導(dǎo)換熱設(shè)計。




麥格納**混合動力汽車電池包熱管理模擬福特和德爾福合作的全混合電動車電池包散熱系統(tǒng)設(shè)計




電池模塊風(fēng)管優(yōu)化案例




還需要對電池組進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，如翻轉(zhuǎn)、沖擊、跌落分析等。ANSYS分析軟件，觀察各種工況下電池組的結(jié)構(gòu)性能，快速、安全、可行。

鋰離子電池組墜落分析結(jié)果




2.電動驅(qū)動系統(tǒng)分析




新能源汽車電機(jī)及驅(qū)動/控制系統(tǒng)設(shè)計包括電氣、電磁、熱、流體、結(jié)構(gòu)、噪聲、控制等物理場、多層次、集成設(shè)計內(nèi)容，迫切需要引入新的電機(jī)設(shè)計解決方案，通過平臺方法，形成多物理場協(xié)同設(shè)計工具，結(jié)合高性能計算技術(shù)和多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)數(shù)字研發(fā)環(huán)境。




電機(jī)本體設(shè)計

根據(jù)永磁化、無刷化、無刷化、高速化、高效節(jié)能的發(fā)展趨勢、研發(fā)需求和技術(shù)挑戰(zhàn)，綜合考慮電機(jī)本體設(shè)計的各個方面，包括基于磁路法的電機(jī)快速設(shè)計、初始方案評價和優(yōu)化設(shè)計；基于瞬態(tài)電磁場有限元分析的電機(jī)精確分析和參數(shù)化/優(yōu)化設(shè)計；基于有限元的熱、應(yīng)力和變形分析；基于有限容積法的流體熱分析和散熱系統(tǒng)優(yōu)化；基于電磁、熱、結(jié)構(gòu)單/雙向耦合的多物理場耦合設(shè)計；基于電磁、振動和噪聲自動化設(shè)計過程的耦合設(shè)計。




**速優(yōu)化傳統(tǒng)電機(jī)設(shè)計方案，實現(xiàn)高效節(jié)能；通過高效探索和積累無刷永磁電機(jī)設(shè)計經(jīng)驗，實現(xiàn)無刷永磁化；通過優(yōu)化高速電磁和多物理場耦合特性。




電機(jī)電磁、結(jié)構(gòu)、熱等物理場耦合設(shè)計




ANSYS多場耦合計算電機(jī)結(jié)構(gòu)、熱、聲場、電磁場分析




EMC/EMI電磁兼容性和干擾分析

在現(xiàn)代電驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)中，電磁兼容性和干擾日益成為設(shè)計瓶頸。EV/HEV以電動驅(qū)動系統(tǒng)為例：牽引電機(jī)高速運行，大功率IGBT以幾十KHz電纜、IGBT、母排、PCB寄生參數(shù)，如關(guān)鍵路徑布線，也會直接影響各種功率和控制信號的傳輸；PCB控制板級信號串?dāng)_和電磁輻射干擾；各種車載電磁設(shè)備分布在有限的車身空間內(nèi)，電磁干擾影響設(shè)備的性能；各種高低頻感應(yīng)、輻射和傳導(dǎo)干擾不僅影響電磁設(shè)備的性能，而且*導(dǎo)致控制系統(tǒng)誤操作或失控，影響車輛運行性能，甚至故障和事故；如何有效設(shè)計各種共模和差模濾波器，IGBT控制器包裝、車載電磁設(shè)備布局和各種電磁屏蔽措施變得至關(guān)重要。因此，要開發(fā)高質(zhì)量的電動驅(qū)動系統(tǒng)，必須解決電磁兼容性設(shè)計問題。





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