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低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法

阅读：680发布：2020-05-08

专利汇可以提供低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，步骤如下：获取或计算建模所需的参数，车型的滑行阻力曲线，车身质量，轮胎尺寸，能量回收策略，电机效率；计算车型的整车动力性经济性参数；获取电池包库伦效率，电芯电压温度衰减系数，电芯电量温度衰减系数，电芯的热功率，电池包预设质量，前舱风扇功耗，空调鼓风机功耗，电器组件功耗车型开发的长宽高预设值；建立整车设计目标向热管理系统的设计目标分解模型；建立整车功耗分解到热管理系统功耗的分解模型；根据获取参数，按照能耗为主线，进行空调热管理系统的性能目标分解计算；计算得到的整车热管理系统设计目标通过功耗校核验证分解方案的可行性。，下面是低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、获取或计算建模所需的参数，车型的滑行阻力曲线，车身质量，轮胎尺寸，能量回收策略，电机效率；
步骤二、计算车型的整车动力性经济性参数；
步骤三、获取电池包库伦效率，电芯电压温度衰减系数，电芯电量温度衰减系数，电芯的热功率，电池包预设质量，电池包的综合比热，电机热管理系统水泵功耗，电池包热管理系统水泵功耗，前舱风扇功耗，空调鼓风机功耗，电器组件功耗车型开发的长宽高预设值；
步骤四、建立整车设计目标向热管理系统的设计目标分解模型；
步骤五、建立整车功耗分解到热管理系统功耗的分解模型；
步骤六、根据获取参数，按照能耗为主线，进行热管理系统中电池包热性能的性能目标分解计算；
步骤七、根据获取参数，按照能耗为主线，进行电池包热管理系统的性能目标分解计算；
步骤八、根据获取参数，按照能耗为主线，进行空调热管理系统的性能目标分解计算；
步骤九、计算得到的整车热管理系统设计目标通过功耗校核验证分解方案的可行性。
2.根据权利要求1所述的低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，其特征在于：所述步骤一中的滑行阻力曲线在常温下乘以1.1为低温滑行阻力曲线，车身质量为车身满载请况下的质量，轮胎尺寸为轮胎内外直径，能量回收策略为车辆行驶情况下的制动能量回收。
3.根据权利要求1所述的低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，其特征在于：所述步骤二具体为：
a）计算车型的整车动力性经济性参数，通过使用1D 软件（如GT-SUIT），计算设计车型在单个CLTC循环下的整车行驶功耗；
b）通过使用1D软件（如GT-SUIT），计算设计车型在单个CLTC循环下的电机发热量。
4.根据权利要求1所述的低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，其特征在于：所述步骤三中的电芯电压温度衰减系数为不同温度下电芯电压在不同SOC下的数值，电芯的热功率为电芯在设定充放电倍率下的发热量，电池包预设质量为电池包的整包质量和电池包内的电芯质量。
5.根据权利要求1所述的低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，其特征在于：所述步骤四具体为：
a)建立整车设计目标向热管理系统设计目标分解的分解模型；
b)根据平台设计目标获得低温续驶里程衰减的设计目标；
c)对应低温续驶里程衰减设计目标将设计目标在EV-TEST低温测试工况下进行性能分解；
d)采用EV-TEST低温CLTC-P工况进行设计目分解的具体执行工况；
e)将里程目标分解到整车功耗需求；
f)将整车功耗需求分解到热管理系统功耗需求；
g)使用热管理系统功耗需求，进行热管理系统设计目标分解。
6.根据权利要求1所述的低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，其特征在于：所述步骤五具体为：
a)建立整车功耗分解到热管理系统功耗的分解模型；
b)通过计算，获得为了满足低温续驶里程衰减设计目标，整车在EV-TEST低温CLTC-P测试工况下所能使用的最大功耗；
c)通过电池包的热衰减特性，修正满足低温续驶里程衰减设计目标的最大整车功耗；
d)最大整车功耗-行驶功耗-电器负载=整车热管理系统满足低温续驶里程衰减设计目标的最大功耗；
e)根据整车低温CLTC-P工况-7℃环境温度条件下的整车计算冷负荷进行空调系统的制热功耗设定；
f)最大整车功耗-行驶功耗-电器负载-电机热管理系统水泵功耗-电池包热管理系统水泵功耗-电控系统功耗-前舱风扇功耗-鼓风机功耗=热泵空调压缩机功耗。
7.根据权利要求6所述的低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，其特征在于：所述步骤五中e条中的整车计算冷负荷÷权利要求1中步骤5中f条中的热泵空调压缩机功耗=热泵系统制热COP目标设计值。
8.根据权利要求1所述的低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，其特征在于，所述步骤六具体为：
a)电池包热性能设定：保温性能设定为电池包温度达到10℃后，电池包自发热量与电池包向环境的放热量持平；
b)根据CLTC工况的平均放电倍率可以计算出CLTC工况下的平均电池包自生热功率=电芯热功率×CLTC工况平均放电倍率/电芯热功率对应放电倍率；
c)根据已知设计电芯的单电芯热功率计算得到CLTC工况的平均车速=V=28.9595km/h；
按照经验公式得到电池包单位面积的对流换热系数=1.163（4+12V0.5）=44.235；
d)电池包外表面向环境的热交换温差=CLTC工况下的平均电池包自生热功率/换热系数℃.m2，根据环境温度计算得到电池包外表面的温度，电池包内部达到10℃，得到电池包保温层内外温差，因此保温层的性能定义为导热系数/厚度≤（热量/内外温差）；
e)设定电池包保温性能设计条件：环境温度-30，电池包初始温度20℃，静置电池温度从20摄氏度降低至-10℃的时间作为保温性能的定义设计；
f)根据已知电池包的质量，电池的综合比热，可以得到电池包从20℃降低到-10℃的热量=质量×比热×温差；
g)保温条件下换热的平均温差=（20℃+-10℃）/2-（-30℃）=35℃；
h)保温条件的隔热性能定义已经得到=导热系数/厚度≤（热量/内外温差），因此有单位时间的散热量=温差×导热系/厚度；
i)电池包降低到-10℃的总散热量，电池包降低到-10℃的总时间=总散热量/单位时间散热量，相当于用在总时间内温度从20℃降低到-10℃，单位时间的温度降=（20--10）/总时间℃/h。
9.根据权利要求1所述的低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，其特征在于，所述步骤七具体为：
a)设定电池包加热性能要求从-7℃到达10℃的时间=3h，电池包保温性能要求满足单位时间的温度降℃/h，设定电池包加热过程中系统水量低温时=10L/min；
b)已知电池包的质量，电池的综合比热，电池包从-7加热到10℃的总热量需求=质量×比热×温差；根据权利要求1中步骤7中a条，加热时间=3h=10800s，因此平均加热功率=总热量/时间；
c)已知制冷剂每10L流量单位温差可携带的热功率系数573.505W/℃.10L，功率/热功率系数/流量=电池包水冷板在加热过程中所需要的最小温差℃，即在电池包加热过程中，水冷板的进出水温差大于最小温差℃，其换热能力才足够在3h之内将电池包从-7℃加热到
10℃。
10.根据权利要求1所述的低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，其特征在于，所述步骤八具体为：根据压缩机功耗，COP设定目标计算采暖制热最大能力，加热能力=压缩机最大功耗*COP=室内换热器能力，室外换热器能力=室内换热器能力-压缩机功耗；所述步骤九具体为：根据权利要求一中步骤八，实际压缩机功耗略低于最大功耗设定，表明方案可行，否则判定目前搭载的电池包和整车无法达成低温续驶里程衰减的整车设计目标。

说明书全文

低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法

技术领域

[0001] 本发明涉及新能源汽车整车热管理分析领域，特别涉及低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法。

背景技术

[0002] 新能源汽车在续驶里程上的表现始终是制约其卖点的主要原因，随着新能源汽车的测试标准出现，EV-TEST测试对于新能源车型的评估增加了低温续驶里程衰减的能力考核，为了满足低温续驶里程衰减的设计目标，热泵新能源车型随之兴起。热泵新能源车型的低温续驶里程设计目标是否能够达成，以及怎样将设计目标转化到整车热管理系统，以及整车热管理子系统上，成为目前热泵新能源车型前期设计最重要的关键技术。通过合理的理论分析和逻辑运算，建立起整车设计目标向热管理系统设计目标的分解模型与分析方法，从而使得方案设计中完成热泵新能源车型的目标可行性分析成为可能，这些都使得低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法成为关键技术。

发明内容

[0003] 本发明的主要目的在于提供低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，为解决现有技术中缺少的，在新能源热泵车型设计前期评估设计目标可行性的问题。

[0004] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

[0005] 低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，具体步骤如下：

[0006] 步骤一、获取或计算建模所需的参数，车型的滑行阻力曲线，车身质量，轮胎尺寸，能量回收策略，电机效率；

[0007] 步骤二、计算车型的整车动力性经济性参数；

[0008] 步骤三、获取电池包库伦效率，电芯电压温度衰减系数，电芯电量温度衰减系数，电芯的热功率，电池包预设质量，电池包的综合比热，电机热管理系统水泵功耗，电池包热管理系统水泵功耗，前舱风扇功耗，空调鼓风机功耗，电器组件功耗车型开发的长宽高预设值；

[0009] 步骤四、建立整车设计目标向热管理系统的设计目标分解模型；

[0010] 步骤五、建立整车功耗分解到热管理系统功耗的分解模型；

[0011] 步骤六、根据获取参数，按照能耗为主线，进行热管理系统中电池包热性能的性能目标分解计算；

[0012] 步骤七、根据获取参数，按照能耗为主线，进行电池包热管理系统的性能目标分解计算；

[0013] 步骤八、根据获取参数，按照能耗为主线，进行空调热管理系统的性能目标分解计算；

[0014] 步骤九、计算得到的整车热管理系统设计目标通过功耗校核验证分解方案的可行性。

[0015] 优选的，所述步骤一中的滑行阻力曲线在常温下乘以1.1为低温滑行阻力曲线，车身质量为车身满载请况下的质量，轮胎尺寸为轮胎内外直径，能量回收策略为车辆行驶情况下的制动能量回收；

[0016] 所述步骤二具体为：

[0017] a)计算车型的整车动力性经济性参数，通过使用1D 软件(如GT-SUIT)，计算设计车型在单个CLTC循环下的整车行驶功耗；

[0018] b)通过使用1D软件(如GT-SUIT)，计算设计车型在单个CLTC循环下的电机发热量；

[0019] 进一步，所述步骤三中的电芯电压温度衰减系数为不同温度下电芯电压在不同SOC下的数值，电芯的热功率为电芯在设定充放电倍率下的发热量，电池包预设质量为电池包的整包质量和电池包内的电芯质量；

[0020] 进一步，所述步骤四具体为：

[0021] a)建立整车设计目标向热管理系统设计目标分解的分解模型；

[0022] b)根据平台设计目标获得低温续驶里程衰减的设计目标；

[0023] c)对应低温续驶里程衰减设计目标将设计目标在EV-TEST低温测试工况下进行性能分解；

[0024] d)采用EV-TEST低温CLTC-P工况进行设计目分解的具体执行工况；

[0025] e)将里程目标分解到整车功耗需求；

[0026] f)将整车功耗需求分解到热管理系统功耗需求；

[0027] g)使用热管理系统功耗需求，进行热管理系统设计目标分解。

[0028] 6.根据权利要求1所述的低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，其特征在于：所述步骤五具体为：

[0029] a)建立整车功耗分解到热管理系统功耗的分解模型；

[0030] b)通过计算，获得为了满足低温续驶里程衰减设计目标，整车在EV-TEST 低温CLTC-P测试工况下所能使用的最大功耗；

[0031] c)通过电池包的热衰减特性，修正满足低温续驶里程衰减设计目标的最大整车功耗；

[0032] d)最大整车功耗-行驶功耗-电器负载＝整车热管理系统满足低温续驶里程衰减设计目标的最大功耗；

[0033] e)根据整车低温CLTC-P工况-7℃环境温度条件下的整车计算冷负荷进行空调系统的制热功耗设定；

[0034] f)最大整车功耗-行驶功耗-电器负载-电机热管理系统水泵功耗-电池包热管理系统水泵功耗-电控系统功耗-前舱风扇功耗-鼓风机功耗＝热泵空调压缩机功耗。

[0035] 进一步的，所述步骤五中e条中的整车计算冷负荷÷权利要求1中步骤5 中f条中的热泵空调压缩机功耗＝热泵系统制热COP目标设计值。

[0036] 进一步的，所述步骤六具体为：

[0037] a)电池包热性能设定：保温性能设定为电池包温度达到10℃后，电池包自发热量与电池包向环境的放热量持平；

[0038] b)根据CLTC工况的平均放电倍率可以计算出CLTC工况下的平均电池包自生热功率＝电芯热功率×CLTC工况平均放电倍率/电芯热功率对应放电倍率；

[0039] c)根据已知设计电芯的单电芯热功率计算得到CLTC工况的平均车速＝V＝28.9595km/h；按照经验公式得到电池包单位面积的对流换热系数＝1.163 (4+12V0.5)＝
44.235；

[0040] d)电池包外表面向环境的热交换温差＝CLTC工况下的平均电池包自生热功率/换热系数℃.m2，根据环境温度计算得到电池包外表面的温度，电池包内部达到10℃，得到电池包保温层内外温差，因此保温层的性能定义为导热系数/厚度≤(热量/内外温差)；

[0041] e)设定电池包保温性能设计条件：环境温度-30，电池包初始温度20℃，静置电池温度从20摄氏度降低至-10℃的时间作为保温性能的定义设计；

[0042] f)根据已知电池包的质量，电池的综合比热，可以得到电池包从20℃降低到-10℃的热量＝质量×比热×温差；

[0043] g)保温条件下换热的平均温差＝(20℃+-10℃)/2-(-30℃)＝35℃；

[0044] h)保温条件的隔热性能定义已经得到＝导热系数/厚度≤(热量/内外温差)，因此有单位时间的散热量＝温差×导热系/厚度；

[0045] i)电池包降低到-10℃的总散热量，电池包降低到-10℃的总时间＝总散热量/单位时间散热量，相当于用在总时间内温度从20℃降低到-10℃，单位时间的温度降＝(20--10)/总时间℃/h。

[0046] 进一步的，所述步骤七具体为：

[0047] a)设定电池包加热性能要求从-7℃到达10℃的时间＝3h，电池包保温性能要求满足单位时间的温度降℃/h，设定电池包加热过程中系统水量低温时＝10L/min；

[0048] b)已知电池包的质量，电池的综合比热，电池包从-7加热到10℃的总热量需求＝质量×比热×温差；根据权利要求1中步骤7中a条，加热时间＝3h＝10800s，因此平均加热功率＝总热量/时间；

[0049] c)已知制冷剂每10L流量单位温差可携带的热功率系数 573.505W/℃.10L，功率/热功率系数/流量＝电池包水冷板在加热过程中所需要的最小温差℃，即在电池包加热过程中，水冷板的进出水温差大于最小温差℃，其换热能力才足够在3h之内将电池包从-7℃加热到10℃。

[0050] 进一步的，所述步骤八具体为：根据压缩机功耗，COP设定目标计算采暖制热最大能力，加热能力＝压缩机最大功耗*COP＝室内换热器能力，室外换热器能力＝室内换热器能力-压缩机功耗。

[0051] 进一步的，所述步骤九具体为：根据权利要求一中步骤八，实际压缩机功耗略低于最大功耗设定，表明方案可行，否则判定目前搭载的电池包和整车无法达成低温续驶里程衰减的整车设计目标。

[0052] 本发明可以为新能源热泵车型在方案设计前期获得整车低温续驶里程衰减设计目标达成的可行性分析，以及满足EV-TEST测试条件下，低温续驶里程衰减设计目标达成所需要的热管理系统的性能指标要求，这些热管理系统包含了电池包的保温性能要求，电池包的热管理系统性能要求，电机系统的热管理系统性能要求，空调系统的热管理性能要求，机舱的热管理性能要求，可以在方案论证阶段实现方案的可行性分析，可以方便的获取满足整车性能目标要求所需要的整车热管理子系统性能目标要求，为新能源车型的设计开发提供快速有效的分析方法。附图说明

[0053] 图1为为本发明的设计目标分解原理图；

[0054] 图2为本发明的功耗设计目标分解原理；

[0055] 图3为本发明的电池包热性能目标分解原理图；

[0056] 图4为本发明的电池包热管理系统目标分解原理图；

[0057] 图5为本发明的空调热管理系统目标分解原理图。

具体实施方式

[0058] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

[0059] 实施例

[0060] 本发明提供了低温续驶里程衰减整车热管理设计目标分解模型与分析方法，具体步骤如下：获取或计算建模所需的参数，车型的滑行阻力曲线，车身质量，轮胎尺寸，能量回收策略，电机效率；计算车型的整车动力性经济性参数；获取电池包库伦效率，电芯电压温度衰减系数，电芯电量温度衰减系数，电芯的热功率，电池包预设质量，电池包的综合比热，电机热管理系统水泵功耗，电池包热管理系统水泵功耗，前舱风扇功耗，空调鼓风机功耗，电器组件功耗车型开发的长宽高预设值；基于图1中所示的设计目标分解原理图，建立整车设计目标向热管理系统的设计目标分解模型；基于图2中所示的功耗设计目标分解原理图，建立整车功耗分解到热管理系统功耗的分解模型；基于图3中所示的电池包热性能目标分解原理图，根据获取参数，按照能耗为主线，进行热管理系统中电池包热性能的性能目标分解计算；基于图4中所示的电池包热管理系统目标分解原理图，根据获取参数，按照能耗为主线，进行电池包热管理系统的性能目标分解计算；基于图5中所示的空调热管理系统目标分解原理图，根据获取参数，按照能耗为主线，进行空调热管理系统的性能目标分解计算；计算得到的整车热管理系统设计目标通过功耗校核验证分解方案的可行性。

[0061] 步骤一：获取或计算建模所需的参数，车型的滑行阻力曲线，车身质量，轮胎尺寸，能量回收策略，电机效率，如表1，表2，表3，表4，表5所示。

[0062] 表1车型的滑行阻力曲线

[0063]

[0064] 表2车身质量

[0065] 车身质量KG1790

[0066] 表3轮胎尺寸

[0067] 轮胎尺寸245/55
R19

[0068] 表4能量回收策略

[0069]制动能量回收策略
串行回收方式

[0070] 表5电机效率

[0071] 电机效率95％

[0072] 步骤二：计算车型的整车动力性经济性参数，在商用软件GT-SUIT中对动力性经济性进行计算，获得表6中的整车动力性经济性参数，包含单个CLTC 循环中的整车行驶负载，能量回收数量

[0073] 表6

[0074]

[0075] 步骤三：获取电池包库伦效率，电芯电压温度衰减系数，电芯电量温度衰减系数，电芯的热功率，电池包预设质量，电池包的综合比热，电机热管理系统水泵功耗，电池包热管理系统水泵功耗，前舱风扇功耗，空调鼓风机功耗，电器组件功耗车型开发的长宽高预设值，获得的数据见表7；

[0076] 表7获取的输入参数清单

[0077]

[0078]

[0079] 步骤四：基于图1中所示的设计目标分解原理图，建立整车设计目标向热管理系统的设计目标分解模型；

[0080] 分解模型建立后，可以通过输入表中对应获取参数的数据，通过运算得到表8中的分解模型表。

[0081] 表8车设计目标向热管理系统的设计目标分解模型表

[0082]

[0083]

[0084]

[0085] 步骤五：基于图2中所示的功耗设计目标分解原理图，建立整车功耗分解到热管理系统功耗的分解模型，可以获得表9中整车功耗分解到热管理系统功耗的分解模型表[0086] 表9整车功耗分解到热管理系统功耗的分解模型表

[0087]

[0088]

[0089] 步骤六：基于图3中所示的电池包热性能目标分解原理图，根据获取参数，按照能耗为主线，进行热管理系统中电池包热性能的性能目标分解计算，分解后可以得到表10中，电池包热性能性能目标分解表

[0090] 表10电池包热性能性能目标分解表

[0091]

[0092]

[0093]

[0094] 步骤七：基于图4中所示的电池包热管理系统目标分解原理图，根据获取参数，按照能耗为主线，进行电池包热管理系统的性能目标分解计算，分解完成后可以得到表11中的电池包热管理系统性能目标分解表；

[0095] 表11电池包热管理系统性能目标分解表

[0096]

[0097]

[0098] 步骤八：基于图5中所示的空调热管理系统目标分解原理图，根据获取参数，按照能耗为主线，进行空调热管理系统的性能目标分解计算，分解完成后可以得到表12中的空调热管理系统性能目标分解表；

[0099] 表12空调热管理系统性能目标分解表

[0100]

[0101]

[0102]

[0103] 步骤九：计算得到的整车热管理系统设计目标通过功耗校核验证分解方案的可行性，通过计算得到表13中的方案可行性分析结果表。

[0104] 表13方案可行性分析结果表

[0105]

[0106]

[0107] 通过本次实施例的分解计算，可以看出，表格之间的关联已经形成公式关联，只要填入获取的输入参数，分解模型就可以按照设计方法方便、快捷、准确的获得整车热管理系统的性能目标及子系统性能目标要求。本系统在设计前期可以快速确定设计方案的可行性，为新能源车型的设计开发提供快速有效的分析方法，对于新能源热泵车型的系统设计和热管理系统设计具有非常重要的意义。

[0108] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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