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一维仿真助力绿色出行|氢燃料电池

2023-09-12 10:42:22 栏目:新闻动态 浏览:448

绿色出行的挑战

燃料电池是绿色出行转型的基石,可广泛应用在汽车、公交和火车等传统交通工具。在实现氢燃料电池的研发道路上面临着一些挑战。氢燃料电池动力系统的设计,除了氢罐外,还需要单独的蓄能电池来进行回收和增压。因此,需要考虑几个重要问题,为降低电池老化储能器的尺寸怎么设计?为提高效率工程师应该如何确定储能器的尺寸?电池的冷却需求怎么确定?将化学能转化为电能又需要哪些能力?


此外,车辆的研发设计模型通常是面向信号流的控制模型,通常不能充分考虑道路、驾驶条件或悬架设计引起的动态影响。但这些往往也会影响驾驶的舒适性和安全性,如果不纳入模型,可能会在后期的物理测试中发现大量问题。模拟各种道路和驾驶条件下的动态行为有助于在产品开发的早期阶段识别和解决问题。


针对上述研发挑战,支持多物理系统仿真的一维仿真工具Dymola为这些问题提供了答案。可利用系统仿真制造不确定性,进行燃料电池的性能分析。



一维仿真助力绿色出行
燃料电池设计

利用多物理系统仿真设计燃料电池动力系统。


01
燃料电池电动汽车建模与仿真


在考虑车辆部件(电机、冷却系统、变速器等)的情况下,评估燃料电池组在实际运行条件下的性能。为燃料电池堆的优化设计和规范提供指南。


应用氢能库(Hydrogen Library)构建燃料电池模型:


1)提供了多种类型的质子交换膜(PEM)可供选择;

2)适配化学燃料,提供多种氢气燃料类型(纯氢、氢氧混合等);

3)燃料电池回路定义,确认氢储罐与氧气供应的架构;

4)燃料电池与蓄电池联合配置,通过控制策略定义蓄电池/燃料电池应在何时耗电。

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02
仿真运行


分析电源模块与整车的工作情况。提取氢气与电池的消耗,分析燃料电池的能量、电压、电流、速度和加速度等信息,优化燃料电池的设计。主要分析:


  • 电池组尺寸、储罐尺寸,协助组件设计、选型和评估

  • 辅助用电设备对氢气消耗的影响

  • 氢燃料电池的边界条件

  • 估算氢气进料再循环的影响

  • 评估乘客的热舒适性

  • 制定减缓电池退化的控制方案

  • 研究氢气供应、空气供应、电流和控制系统的相互作用,识别敏感控制参数等

03
优势&价值


设计基于燃料电池的电动汽车模型实现真实驾驶循环(如,基于WLTP的循环测试)。充分构建氢燃料电池系统行为,包括换料、燃料储存和运输等。能够通过关键特性分析,来优化燃料电池在耐用性、油耗、热管理等方面的设计。


打破多领域物理系统集成的噩梦。电动汽车非常复杂,不同部件之间存在依赖关系。使用一维仿真的手段可以在多学科的虚拟样机上一起作业,并在构建物理样机之前模拟产品的工作原理,有助于提高沟通效率、降低迭代成本。


04
助力电动汽车研发


Dymola助力车辆系统研发,不仅提供燃料电池解决方案,还为汽车研发各个部分提供保障。支持汽车系统研发的模型库:


  • 传动系统库(Electrified PowerTrain Library):

  • 氢能库(Hydrogen Library)

  • 电池库(Battery Library)

  • 冷却库(Cooling Library)

  • 热流体库(Thermal System Library)

  • 人体舒适度(Human Comfort Library)

  • 悬架库(VeSyMA Suspensions Library)


Dymola工具中还配备其他丰富的商业化模型库和样例,如Multiphysics Fuel Cell Bus(FCEV)[1]模型是结合了详细的HAVC、燃料电池和蓄电池供电的混合传动系统、热管理和车辆动力学模型。


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你了解Dymola吗?

Dymola是基于Modelica系统建模语言的集成建模和仿真环境。


  • 具有丰富多领域模型库或可利用简单易懂的Modelica语言开发专属部件

  • 图形化界面对模型进行参数配置或与PLM参数对象关联

  • 通过连接部件快速建立多层级复杂系统模型

  • 强大的仿真引擎以及开箱即用的后处理,可视化和三维展示

  • 独有的方程符号处理器及数字求解器并可输出高质量代码用于基于模型预测控制设计





参考文献

[1] Theodor E, Alessandro P. High-Fidelity Multiphysics FCEV bus study with detailed HVAC, cabin, and Hydrogen Fuel Cell models [C] //DOI: 10.3384/ecp19353