电动汽车的热管理现在变得轻而易举了

01用三维ROM模型扩展一维系统级模型

传统内燃机（ICE）和电动汽车之间的竞争将是一场值得纪念的战斗。由于汽车界高水平的技术突破和电动汽车制造商的迅速崛起。虽然客户在比较内燃机汽车和电动汽车时关注性能，但主要因素不只是最高速度和加速度。续航能力、效率、耐用性和驾驶特性往往也会发挥作用。为了确保电动汽车在市场上的成功，有必要减少延迟并提高不同工程团队（如机械、热、电气、控制和软件）之间的生产力。来自三维CFD工具的降阶模型可以植入一维系统仿真模型，提供更准确和详细的结果，因此团队可以更早做出明智和正确的设计选择。

降阶模型（ROM）是对高保真静态或动态模型的简化，它保留了基本行为和主导效应，目的是减少复杂模型所需的求解时间或存储容量。以下是BCI-ROM（独立边界条件-降阶模型）工作流程的典型步骤，强调了用户如何从Simcenter FLOEFD的高保真三维CFD模型中直接受益，将其集成到Simcenter Amesim中更大范围的一维系统仿真模型中。

BCI-ROM工作流程的典型步骤（独立边界条件--降阶模型）

结果的准确性得到了保留，同时CPU的速度明显提高，可以更快地执行长的驾驶循环。

02功率电子器件冷却

虽然当年连保时捷都为其内燃机汽车使用了风冷，但由于功率密度高，风冷散热器对于现代牵引逆变器来说并不是一个完美的解决方案。因此，汽车变频器采用液体冷却的情况并不罕见。PCB（印刷电路板）组件可以安装在冷板上，这使得功率密集型元件的热管理变得轻而易举。冷板上有供液体通过的流道，液体的质量流速和温度可以通过泵和风扇冷却的散热器来控制。

Simcenter FLOEFD中的PCB（印刷电路板）冷板模型

03一维系统仿真

Simcenter Amesim是一个集成的、可扩展的系统仿真平台，允许系统仿真工程师虚拟评估和优化机电一体化系统的性能。这里用它来表示除PCB冷板以外的整个电动车。第一组包含纵向车辆、车辆控制单元（VCU）和驾驶员模型，允许指定基本参数，如车辆质量（取决于电池组的质量）、滚动系数、空气动力学、车轮尺寸、齿轮比和驾驶循环（SFTP-US06）。电力电子组由一个永磁同步机（PMSM）、平均三相逆变器（因此开关效应可以更快地建模）、高低压电池、传感器和控制器组成。冷却泵、散热器、风扇、膨胀水箱和传感器组成了冷却系统。

电动汽车的Simcenter Amesim模型

Simcenter Amesim完全适用于创建和研究系统级模型。然而，虽然提供了执行一维系统仿真计算的手段，但当涉及到电子和热管理的一些三维考虑时，有时重用三维模型更有意义，因为用一维团块方法很难捕捉到。一个相关的例子是一个三相逆变器。为了分析其性能，必须监测IGBT和二极管的温度，以避免过热，并相应地调整散热。

将Simcenter FLOEFD中的逆变器的BCI-ROM作为FMU导入Simcenter Amesim

04三维装配体建模

Simcenter FLOEFD是一种嵌入CAD的解决方案，可以在早期设计阶段进行多物理场仿真，帮助工程师排除不理想的设计方案。它完全适合对牵引式逆变器进行全三维CFD仿真，以计算设备中的温度场和流场。然而，由于模型的高度复杂性和计算能力要求，同时解决3D CFD和1D系统模型是不可行的。为了克服这一限制，Simcenter FLOEFD允许您提取一个降阶模型（ROM），使模型的求解速度非常快（与传统的三维CFD模型相比，速度可提高40.000倍）。这样的模型也是独立于边界条件的，这使得你可以改变模型的热环境（即外围传热系数）而不影响解的准确性。BCI ROM降阶模型可以作为功能模拟单元（FMU）导出，使其具有可移植性，易于嵌入到其他工具中。

从Simcenter FLOEFD导出BCI-ROM

051D-3D CAE：结合系统级和部件级模型

Simcenter Amesim是100多个支持FMU导入和导出的工具之一。一旦变频器的FMU被导入Simcenter Amesim，就可以对系统进行求解。在求解过程中，冷却系统回路将向FMU提供瞬态换热系数和流体温度，而冷板热通量和组件及冷板温度将被送回系统。由于冷却系统是整个电动汽车的一部分，计算出的变频器温度将最低限度地影响车辆的性能，如续航能力和冷却液温度。

在Simcenter Amesim中显示的连接到BCI-ROM FMU中的一个IGBT的温度监测点的结果

Simcenter Amesim中的多张图显示了车辆和逆变器的性能

进一步的工作可能包括试验不同的逆变器设计，用IGBT代替MOSFETS，等等，以了解哪些组件对整个系统有关键性的影响。

06连接两个维度

1D系统级和3D装配级设计往往在模拟的目的、功率要求和持续时间方面有所不同。用准确但快速解决的3D模型来扩展1D系统，使工程团队能够在早期设计阶段产生更真实的模拟，最终使您能够缩短产品上市时间。使用Simcenter FLOEFD BCI-ROM有几个好处，在Simcenter Amesim内执行速度极快:

采用ROM降阶模型方法对用户的主要好处

使用降阶模型将1D/3D结合起来是很好的，不是吗？

审核编辑 ：李倩