< Назад к Набор инструментов для моделирования автомобильной отрасли

Автор: Джонни Лю, генеральный директор компании Dowway Vehicle.
Опубликовано: 13 марта 2026 г.
Последнее обновление: 13 марта 2026 г.
Статус технической проверки: Проверка проводилась на основе предоставленного исходного отчета и текущих общедоступных материалов Siemens по продуктам, обучению и выпускам, доступных по состоянию на 13 марта 2026 года. Второй указанный рецензент не был предоставлен.
Источник информации: Приведенные ниже инженерные расчеты, температуры, значения материалов, уровни мощности, диапазоны геометрии и результаты оптимизации взяты из предоставленного вами отчета и представлены здесь без изменений.

Simcenter Flotherm — это платформа CFD для моделирования охлаждения электроники, используемая для прогнозирования повышения температуры, определения зон перегрева, сравнения вариантов охлаждения и проверки тепловых характеристик от ранней стадии концепции до окончательной проверки проекта. В автомобильной промышленности это важно, поскольку блоки управления двигателем (ECU), системы управления батареями (BMS), микроконтроллеры (MCU), контроллеры домена Ethernet транспортных средств и высокопроизводительные чипы теперь работают с более высокой удельной мощностью, меньшей плотностью размещения компонентов и в более жестких условиях окружающей среды, чем старая автомобильная электроника. На официальных страницах продукта Siemens Flotherm описывается как инструмент принятия решений на основе моделирования и управления тепловыми процессами, который работает от ранней архитектуры до окончательной проверки теплового проекта, с поддержкой SmartParts, EDA и MCAD, компактным тепловым моделированием, калибровкой, параметрическим анализом и быстрым построением декартовой сетки.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

• В связи с ростом удельной мощности в системах электромобилей, гибридных автомобилей и системах автоматического вождения, проектирование тепловых систем автомобильной электроники теперь необходимо проводить на более ранних этапах разработки.
• Simcenter Flotherm поддерживает моделирование тепловых процессов на уровне микросхем и печатных плат, а также на уровне корпусов и более крупных систем.
• В исходном отчете рассматривается архитектура моделирования, решателя и постобработки, а также SmartParts, функции, ориентированные на печатные платы, моделирование влажности, компактные тепловые модели и интеграция с инструментарием.
• В отчете подробно описаны три инженерных примера, демонстрирующие охлаждение ЭБУ, равномерность температуры аккумуляторного модуля и оптимизацию радиатора контроллера домена Ethernet автомобиля.
• В этой версии сохранены все детали отчета об источнике, при этом страница стала проще для анализа поисковыми системами и системами искусственного интеллекта.

С точки зрения разработки автомобильных компонентов, один урок повторяется снова и снова: перегрев микросхемы редко остается проблемой надолго. Он превращается в проблему печатной платы, проблему корпуса, проблему системы охлаждения, а затем и в проблему сроков и стоимости всей программы. Именно поэтому проектирование тепловых систем на основе моделирования теперь находится гораздо ближе к началу разработки автомобильных компонентов.

Почему вопросы управления тепловым режимом в автомобильной промышленности стали особенно актуальными при проектировании?

Автомобильная промышленность переходит от традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания к автомобилям на новых источниках энергии, включая электромобили и гибридные платформы. В то же время бортовая электроника очень быстро усложняется. То, что раньше было сосредоточено на обычных блоках управления двигателем, теперь распространяется на системы управления батареями, блоки управления двигателями, контроллеры домена Ethernet автомобиля и высокопроизводительные чип-модули, необходимые для систем помощи водителю и автоматизированного вождения.

Этот сдвиг повышает удельную мощность и тепловую нагрузку на весь автомобиль. Если тепловая конструкция несовершенна, температура компонентов чрезмерно повышается, электрические характеристики снижаются, срок службы сокращается, а риск короткого замыкания, возгорания или других отказов системы безопасности возрастает. В реальных автомобильных программах управление тепловым режимом больше не является вопросом, рассматриваемым на поздних этапах проверки. Оно меняет компоновку платы, конструкцию корпуса, вентиляцию, выбор материалов, конструкцию интерфейсов и стратегию охлаждения.

Старый метод проб и ошибок — создание физического образца, его тестирование, доработка и повторное тестирование — занимает слишком много времени, обходится слишком дорого и часто выявляет риски слишком поздно. Для программ разработки новых энергетических транспортных средств, реализуемых в сжатые сроки, такая модель трудно оправдать. В отчете указывается, что Simcenter Flotherm заполняет этот пробел: набор инструментов, который может прогнозировать распределение тепла на ранних стадиях, оптимизировать планы теплоотвода, сокращать время разработки и снижать затраты до того, как накопится больше аппаратных контуров.

Чем занимается компания Simcenter Flotherm в сфере автомобильной инженерии?

Simcenter Flotherm — это инструмент для моделирования тепловых процессов в электронике, разработанный на основе CFD-моделирования. Он используется для моделирования теплопередачи в электронных изделиях и системах, от уровня корпуса микросхемы и печатной платы до уровня корпуса и более крупных сборок. На страницах продукта Siemens он описывается как ведущее решение для моделирования охлаждения электроники, разработанное более 34 лет назад с учетом отзывов пользователей, обеспечивающее быстрый и точный тепловой анализ электроники, библиотеки SmartPart, обработку данных EDA и MCAD, компактное тепловое моделирование, калибровку и параметрический анализ.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

В автомобилестроении его роль шире, чем просто «построить красивый график зависимости температуры от параметров». Он поддерживает принятие решений в области тепловых процессов на протяжении всего жизненного цикла продукта:

• Этап разработки концепции: Используйте компактные тепловые модели для проверки тепловых путей и быстрого сравнения концепций.
• Этап детального проектирования: Перед началом работы проведите исследования на уровне печатной платы и системы в целом, чтобы выявить зоны перегрева, проверить температуру перехода, протестировать схемы охлаждения и устранить тепловые риски.
• Этап валидации: Сравнивать результаты моделирования с измеренными данными, уточнять модель и использовать ее для улучшения плана тестирования и сокращения объема слепого тестирования.

Использование всего контура охлаждения имеет значение, поскольку современные автомобильные тепловые проблемы обычно затрагивают несколько уровней одновременно. Перегрев платы может быть вызван одновременно питанием чипа, распределением меди, проводимостью корпуса, геометрией ребер, температурой окружающей среды и ограничением воздушного потока.

Как Simcenter Flotherm разработан для моделирования тепловых процессов в автомобильной промышленности?

В исходном отчете основная архитектура описывается в трех частях: модуль моделирования, модуль решения и модуль постобработки. Интеграция с различными инструментальными цепочками рассматривается как основная часть платформы, а не как дополнительная опция. Такая трактовка соответствует собственным публичным материалам Siemens, которые представляют Flotherm как инструмент для организации рабочих процессов, связанных с разработкой электроники, включающий построение моделей, импорт MCAD и EDA, постобработку и оптимизацию.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

Модуль моделирования: как он обрабатывает данные о геометрии и электронике автомобиля?

Модуль моделирования поддерживает различные способы построения тепловой модели.

Она может импортировать данные САПР непосредственно из инструментов автомобильного проектирования, таких как CATIA, UG/NX и SolidWorks. После импорта можно идентифицировать и упростить геометрические элементы, чтобы некритичные детали не замедляли процесс расчета. В автомобильной промышленности это важно, поскольку исходная производственная геометрия часто содержит множество элементов, которые не изменяют тепловой путь в достаточной степени, чтобы оправдать затраты на сетку.

В исходном отчете также говорится, что модуль включает в себя обширную библиотеку моделей автомобильной электроники. Эта библиотека охватывает стандартные элементы, такие как:

• корпуса ЭБУ автомобиля
• радиаторы
• фанаты
• силовые аккумуляторные элементы и модули
• Статоры и роторы двигателей

Затем эти стандартные модели можно настроить с помощью параметров, определяемых пользователем, чтобы команды могли адаптировать их под различные программы разработки автомобилей и варианты компоновки.

В отчете также говорится, что данные EDA и MCAD можно обрабатывать совместно. Файлы проектирования печатных плат можно импортировать напрямую, так что модель сохраняет компоновку печатной платы, распределение меди и расположение установленных компонентов. Это важная часть точной работы по расчету тепловых характеристик автомобильных плат, поскольку плата часто является одним из основных источников тепла.

Главный архитектурный аспект отчета — масштаб. Simcenter Flotherm представлен как многомасштабная платформа для теплового моделирования, способная обрабатывать данные от деталей субмикронных корпусов микросхем до электронных систем транспортных средств метрового масштаба. На страницах продуктов Siemens подчеркивается тот же момент, отмечая, что его сетка и решатель были разработаны для работы в масштабах от субмикронных до метровых сборок.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

В отчете также особое внимание уделяется условиям эксплуатации автомобилей. Архитектура предназначена для работы в условиях высоких и низких температур, вибрации, изменения влажности и других сложных условий эксплуатации транспортных средств, с целью обеспечения точности и полезности результатов для инженерной работы.

Модуль Solver: какие физические процессы теплопередачи он решает?

Модуль решателя использует конечно-объемный CFD-решатель для расчета трех основных режимов теплопередачи:

• проводимость
• конвекция
• излучение

Он поддерживает как моделирование стационарных состояний, так и моделирование переходных процессов.

Моделирование в стационарном режиме подходит для стабильных условий, таких как нормальный крейсерский режим или холостой ход двигателя, когда рабочее состояние остается приблизительно постоянным достаточно долго, чтобы оценить стабильное тепловое поле.

Моделирование переходных процессов предназначено для динамических условий, таких как:

• события запуска/остановки транспортного средства
• быстрое ускорение
• запуск при низкой температуре
• зарядка и разрядка аккумулятора
• Поведение двигателя при запуске и остановке

Это разделение является одной из ключевых причин, по которой Flotherm подходит для работы с тепловыми процессами в автомобильной промышленности. Во многих системах транспортных средств одной лишь конечной температуры недостаточно. Важна вся история изменения температуры во времени. Siemens также указывает анализ переходных тепловых процессов в качестве основной возможности продукта.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

В отчете добавляется еще один технический момент: решатель использует интеллектуальное построение сетки на основе структурированной декартовой сетки. Он может регулировать плотность сетки в зависимости от сложности геометрии и концентрации тепла. Это позволяет инженерам сохранять точность в зонах с высокой концентрацией тепла, одновременно снижая общую стоимость решения. На страницах продуктов Siemens описывается та же самая особенность, отмечается быстрое и надежное построение декартовой сетки и построение сетки SmartPart с привязкой к объектам, которое не требует полной перестройки сетки после перемещения или вращения деталей.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

Модуль постобработки: что получает инженер из полученных результатов?

Модуль постобработки построен на основе наглядности результатов и принятия проектных решений.

Согласно отчету, он может производить:

• температурные контурные карты
• контурные карты теплового потока
• Графики распределения скорости воздушного потока

Он также поддерживает сравнение в различных условиях и с различными решениями, что позволяет инженерам сравнивать разные концепции охлаждения или разные условия эксплуатации в рамках одного проекта.

В отчете затем добавляются ориентированные на отрасль инженерные показатели. В нем говорится, что среда постобработки может рассчитать:

• температура перехода компонента
• средняя температура печатной платы
• эффективность рассеивания тепла

В документе также отмечается, что данный рабочий процесс может быть сопоставлен со стандартами проектирования тепловых систем в автомобильной промышленности, при этом в качестве примера проверки соответствия требованиям в автомобильной электронике приводится стандарт ISO 16750.

Этот момент имеет значение на практике. Инженерам нужна не просто тепловая карта. Им нужен результат, который можно сравнить с ограничениями программы, целевыми показателями заказчика и стандартами валидации.

Какие функции Flotherm разработаны специально для автомобильной промышленности, а не только для общего применения в вычислительной гидродинамике?

В исходном отчете приводится подробный список функций, ориентированных на автомобильную промышленность. Сохранение этого списка в неизменном виде имеет важное значение, поскольку именно здесь продукт перестает быть «просто еще одним инструментом CFD» и начинает соответствовать реальным рабочим процессам автомобильной электроники.

Технология SmartPart: почему она экономит время на этапах итерации проектирования?

В отчете говорится, что Flotherm включает в себя интеллектуальные модели для распространенных автомобильных электронных компонентов, таких как микросхемы, конденсаторы, резисторы и вентиляторы охлаждения. Инженеры могут вызывать эти компоненты напрямую, вместо того чтобы моделировать их с нуля.

Также указано, что эти компоненты параметризованы. Это означает, что пользователь может регулировать такие параметры, как мощность чипа или размер радиатора, без перестройки объекта. При изменении положения или ориентации компонента связанная с объектом сетка обновляется автоматически, поэтому пользователю не нужно перестраивать сетку всей модели.

На страницах продукции Siemens также упоминается технология SmartPart и ее роль в сокращении времени создания моделей за счет библиотек радиаторов, вентиляторов, корпусов, тепловых трубок и других компонентов, специфичных для электроники.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

В автомобильных программах это сокращает цикл проектирования именно там, где команды обычно проводят несколько итераций подряд: размеры радиатора, выбор вентилятора, размер вентиляционного отверстия, форма корпуса и размещение компонентов.

Моделирование влажности и загрязнения: почему это важно для транспортных средств?

В отчете освещаются расчеты концентрации водяного пара, анализ температуры влажного термометра и анализ насыщения для жестких условий эксплуатации. Это позволяет изучать, как высокая влажность изменяет тепловые характеристики, и принимать решения по герметизации корпусов, снижающие риск отказов, связанных с влажностью.

В документе также указано, что 19% отказов электронного оборудования вызваны влажностью. Я сохраняю эту цифру, поскольку она содержится в вашем исходном отчете, а не потому, что я независимо проверил этот точный процент в текущем общедоступном наборе данных.

В публичных примечаниях к выпуску Siemens 2504 подтверждается, что моделирование влажности доступно в линейке продуктов Flotherm для отдельных областей применения.Сеть блогов Siemens)

В автомобильной промышленности это важно, когда электроника работает в условиях высокой влажности, циклов образования конденсата, воздействия пыли или смешанной окружающей среды, где взаимодействуют тепловые характеристики и герметичность.

Специфические тепловые функции печатных плат: в чем здесь отличие?

В исходном отчете описаны несколько функций, ориентированных на печатные платы, и их следует оставить в статье именно в таком виде, поскольку они являются полезными целями поиска и содержат ценные инженерные сведения.

В документе указано, что компания Flotherm поддерживает:

• послойное моделирование многослойных печатных плат
• подробное представление распределения меди
• теплопроводность через глухие переходные отверстия
• теплопроводность через скрытые переходные отверстия
• Функции маркировки компонентов, помогающие быстро идентифицировать ключевые детали.
• Улучшенное цветное отображение на печатной плате для более быстрого определения местоположения точки доступа.
• электротермическое сотрудничество с HyperLynx PI
• автоматическое определение энергосети
• автоматическое создание глобальных целевых значений джоулева нагрева

Это внушительный список для автомобильной электроники на уровне печатных плат, поскольку многие тепловые отказы начинаются на плате, прежде чем проявиться на уровне корпуса. Более широкий обзор материалов Siemens по охлаждению электроники также указывает на электротермическое взаимодействие на печатных платах как на часть более широкого рабочего процесса.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

Создание компактных тепловых моделей: какое место занимает технология CTM?

В отчете говорится, что компания Flotherm может создавать компактные тепловые модели, такие как:

• 2R двухрезисторные модели
• Многорезистивные модели Дельфи

Там также указано, что эти проблемы решаются со ссылкой на стандарты JEDEC.

Благодаря этому CTM особенно полезен на ранних этапах концептуального проектирования и для быстрой оценки вариантов. В автомобильных программах ранние обзоры архитектуры часто проводятся до того, как 3D-модель будет готова. CTM позволяет команде быстрее продвигаться на этом этапе, а затем переключаться на более детальные исследования на уровне печатной платы или системы.

В публичных примечаниях к выпуску последних версий Siemens также упоминается работа над компактными тепловыми моделями 2R и DELPHI, а также обновления в создании пакетных моделей.Сеть блогов Siemens)

Интеграция нескольких наборов инструментов: как она вписывается в полноценную программу разработки автомобиля?

В отчете говорится, что Flotherm может интегрироваться с Simcenter Amesim и Simcenter 3D для совместной работы над тепловыми, системными и структурными параметрами. Также указывается, что модели можно экспортировать в формате XTXML для обеспечения совместимости с Simcenter Flotherm XT, поэтому пользователям не нужно перестраивать модель.

Это важно, потому что тепловые процессы в автомобильной электронике почти никогда не происходят изолированно. Они влияют на:

• CAD-геометрия
• система терморегулирования
• механическая компоновка
• планирование тестирования
• проверка программы

Как на практике выглядит полный рабочий процесс автомобильного проектирования?

В отчете Flotherm описывается как часть полного цикла «проектирование–моделирование–оптимизация–проверка» в процессе разработки транспортных средств. Такая концепция также соответствует содержанию обучающих материалов Siemens, которые сосредоточены на построении моделей, импорте MCAD и EDA, постобработке и оптимизации.training.plm.automation.siemens.com)

1) Совместная работа в области САПР

В отчете говорится, что Flotherm работает с распространенными инструментами автомобильного САПР, такими как CATIA и UG. Инженеры могут импортировать проект в тепловую модель, оптимизировать геометрию отвода тепла, а затем передать оптимизированные размеры обратно в САПР.

Пример с ребрами корпуса блока управления двигателем (ЭБУ) — яркий тому пример. После оптимизации размеров и расположения ребер в тепловом моделировании эти значения можно передать обратно в модель CATIA, а не обновлять вручную.

2) Совместная работа по моделированию систем

В отчете говорится, что компания Flotherm может сотрудничать с Simcenter Amesim, что позволяет инженерам связывать электронные данные о тепловом режиме с условиями эксплуатации транспортного средства.

В системах терморегулирования электромобилей это означает, что результаты терморегулирования батареи и контроллера двигателя могут быть связаны с более широкой логикой охлаждения автомобиля, такой как контуры жидкостного охлаждения или взаимодействие между системой отопления салона и системой охлаждения. В отчете приводится конкретный пример: динамическая регулировка потока охлаждающей жидкости в зависимости от температуры батареи во время зарядки и разрядки для баланса между эффективностью охлаждения и энергопотреблением.

3) Тестирование сотрудничества

В отчете говорится, что результаты моделирования можно сравнить с измеренными данными и уточнить путем калибровки модели, в том числе калибровки на основе данных испытаний T3ster.

В нем также говорится, что результаты моделирования могут помочь в планировании испытаний. Если модель показывает вероятные очаги перегрева в аккумуляторном модуле, ЭБУ или на плате, инженеры-испытатели могут разместить датчики именно там, где это необходимо, вместо того, чтобы бездумно покрывать всю сборку.

4) Полное соответствие жизненному циклу продукта

В отчете компания Flotherm представлена ​​на всех этапах разработки автомобильной электроники:

• Концептуальный дизайн: Используйте компактные тепловые модели для быстрой оценки вариантов и сокращения времени анализа концепций.
• Детальный проект: Проведите точные исследования теплового режима на уровне платы и системы, а затем устраните детальные риски, связанные с перегревом, перед выпуском.
• Проверка работоспособности в производственной среде: Используйте моделирование, чтобы проверить, как производственные факторы, такие как точность пайки и зазор между радиатором и корпусом, влияют на тепловые характеристики, чтобы обеспечить стабильную температуру деталей, выпускаемых серийно.

Как пример с блоком управления двигателем демонстрирует ценность проектирования тепловых систем на основе моделирования?

Первый инженерный пример в вашем отчете — это блок управления двигателем автомобиля. Это один из лучших примеров, потому что он помещает проблему перегрева в суровые, хорошо знакомые автомобильные условия.

В отчете электронный блок управления (ЭБУ) описывается как «мозг» таких систем, как двигатель, трансмиссия и система кондиционирования воздуха. Также отмечается, что блок работает в непосредственной близости от моторного отсека, где температура окружающей среды может достигать 80–120 °C, а электроника внутри остается компактной и энергоемкой.

Цель моделирования

Цель моделирования была ясна.

В предельных условиях работы двигателя на холостом ходу при температура окружающей среды 120°CПри этом дизайн должен был сохранять следующие особенности:

• тот температура перехода основных микросхем например, микроконтроллер и датчики, расположенные ниже. 150°C
• тот средняя температура печатной платы ниже 100°C

В исходном отчете эта цель связана с ISO 16750-4 Требования к экологическим испытаниям автомобильной электроники.

Шаг 1: Импорт и очистка модели.

Рабочий процесс начался с импорта 3D-моделей корпуса ЭБУ, печатной платы и компонентов из… CATIA.

Затем геометрию очистили. В отчете приводятся некритичные детали, такие как… отверстия для винтов и фаски были удалены, поскольку они недостаточно сильно изменяют результат теплопередачи, чтобы оправдать дополнительные затраты на решение.

Файл проекта печатной платы EDA также был импортирован, поэтому модель сохранила свои характеристики. распределение меди и положения установленных компонентов.

Шаг 2: Свойства материала и граничные условия

В отчете указаны точные материальные назначения:

• Корпус блока управления двигателем: алюминиевый сплавтеплопроводность 200 Вт/(м·К)
• Печатная плата: FR-4теплопроводность 0,3 Вт/(м·К)
• Основной чип: кремнийтеплопроводность 148 Вт/(м·К)

Далее в отчете приводятся граничные условия:

• Температура окружающей среды: 120°C
• Скорость воздушного потока в моторном отсеке на холостом ходу: 0,5 м/с
• Мощность микроконтроллера: 15 Вт
• Питание датчика: 2 Вт
• Режим охлаждения: естественная конвекция + излучение

Шаг 3: Создание сетки и настройка решения.

В модели использовалось интеллектуальное построение сетки с локальным уточнением вокруг микросхем и печатной платы в местах, где ожидались перегрева. Внешняя часть корпуса и области с меньшим риском оставались более крупнозернистыми.

В отчете говорится, что Общее количество ячеек в сетке контролировалось на уровне около 5 миллионов..

В исследовании использовалось анализ стационарного состояния с настройки высокоточного решателя.

В отчете также приводится практическая инженерная деталь: решение заняло около 2 часа на обычном инженерном компьютере.

Шаг 4: Анализ результатов и первое заключение.

Первое решение выявило реальную проблему с перегревом:

• Достигнута температура перехода микроконтроллера 165°C
• достигнута локальная температура печатной платы 110°C

Оба значения превысили целевое значение.

В отчете говорится, что первопричиной было неудачная конструкция пути отвода тепла и недостаточная площадь теплоотвода на корпусе ЭБУ.

Шаг 5: Действия по оптимизации

План оптимизации, представленный в отчете, включал в себя:

• добавить радиатор на поверхность микроконтроллера
• Размер радиатора: 30 мм × 30 мм × 5 мм
• Материал радиатора: алюминиевый сплав
• добавить больше охлаждающих ребер к корпусу блока управления двигателем
• улучшить вентиляционную структуру жилого помещения

Шаг 6: Повторный запуск и проверка результатов.

Затем оптимизированная модель была смоделирована еще раз.

В итоге было показано:

• Температура перехода микроконтроллера снизилась до 142°C
• средняя температура печатной платы снизилась до 95°C
• Эффективность рассеивания тепла улучшена за счет 15%

Это позволило достичь проектных целей и устранить риск перегрева блока управления двигателем.

Этот случай — наглядный пример того, что должен делать инструмент в автомобильной сфере: находить проблемные места, показывать причину их возникновения, а затем указывать на изменение конструкции, которое позволяет достичь целевого результата без образования ещё одного медленного цикла обработки данных на аппаратном уровне.

Как корпус аккумуляторного модуля справляется с пиковыми температурами и равномерностью распределения температуры?

Второй случай, описанный в отчете, касается силового аккумуляторного модуля для электромобиля. Этот случай важен, поскольку тепловые характеристики батареи зависят не только от максимальной температуры, но и от распределения температуры по модулю и готовности к работе при низких температурах.

В отчете изложены основные целевые показатели тепловой мощности тяговых батарей:

• Оптимальный диапазон рабочих параметров: от 20°C до 40°C
• выше 60°C, риск теплового разгона возрастает
• ниже -10°CПроизводственная мощность резко падает
• Разница температур между ячейками в одном модуле не должна превышать… 5°C

Эти моменты имеют решающее значение для безопасности батареи, дальности хода, срока службы и стабильности циклов зарядки-разрядки.

Настройка аккумуляторного модуля

В данном случае используется тройной литий-ионный аккумуляторный модуль с:

• 16 серия
• 2 параллельных
• 100 Ач емкость

Имитационная модель была создана с использованием библиотеки моделей батарей Flotherm. Согласно отчету, модель включала в себя:

• аккумуляторные элементы
• опорная конструкция
• каналы охлаждения
• PTC-нагреватели

В отчете говорится, что тепловые характеристики батареи, такие как удельная теплоемкость и теплопроводность, были установлены на основе данных поставщика.

В режиме быстрой зарядки тепловыделение во время зарядки было установлено на 200 Вт/кг на основе предоставленных поставщиком данных о тепловыделении при зарядке и разрядке.

Цели моделирования

В отчете определены два варианта функционирования системы.

Чехол для быстрой зарядки

• зарядный ток: 30 А
• температура окружающей среды: 25°C
• Максимальная температура клетки должна оставаться ниже 55°C
• Разница температур между клетками должна оставаться ниже определенного значения. 5°C

Низкотемпературный корпус

• температура окружающей среды: -20°C
• Система отопления должна повысить температуру батареи выше определенного значения. 20°C достаточно быстро, чтобы обеспечить зарядку и разрядку.

Граничные условия

Для чехла с функцией быстрой зарядки:

• режим охлаждения: жидкостное охлаждение
• Расход охлаждающей жидкости: 2 л/мин
• Температура охлаждающей жидкости на входе: 20°C

В случае низких температур:

• Мощность PTC-нагревателя: 500 Вт
• Продолжительность нагрева: 30 минут

Настройка решения переходного процесса

Поскольку зарядка и низкотемпературный нагрев зависят от времени, в отчете говорится, что использованная модель моделирование переходных процессов.

Здесь указаны точные настройки:

• временной шаг: 60 с
• Общее время решения задачи для случая быстрой зарядки: 3600 с
• Общее время решения для случая низких температур: 1800-е годы

В документе также указано, что сетка вокруг элементов батареи и нагревателей была усовершенствована для обеспечения точности измерения температуры.

Первый результат и проблема с перегревом

Первые результаты быстрой зарядки показали, что ячейки в центральной части нагреваются сильнее, чем остальные:

• достигнута наивысшая температура отдельной клетки 58°C
• достигнута разница температур между клетками 7°C

Оба значения выходили за пределы целевого диапазона.

В случае низких температур, после 30 минут отопления, Средняя температура батареи достигла всего 15°C., что все еще было ниже требуемого рабочего порога.

Действия по оптимизации

Далее в отчете приводятся три изменения в дизайне:

1. Оптимизировать компоновку каналов жидкостного охлаждения.добавление охлаждающей ветки в центральной части модуля для улучшения отвода тепла в этой области.
2. Отрегулируйте положение нагревателя PTC. и использовать более распределенную компоновку, чтобы тепло распределялось более равномерно.
3. Измените опорный материал для более равномерной передачи тепла по модулю используется термосиликоновый материал с более высокой теплопроводностью.

Повторный запуск и окончательный результат

Оптимизированный результат соответствует целевому показателю:

• Максимальная температура элемента при быстрой зарядке снизилась до 52°C
• Разница температур между клетками снизилась до 4°C
• после 30 минут В случае низких температур средняя температура батареи повысилась до 22°C

В отчете говорится, что эти изменения улучшили равномерность распределения температуры и скорость нагрева, что, в свою очередь, обеспечивает безопасность и срок службы батареи.

Этот случай также показывает, почему анализ переходных процессов не является необязательным при работе с батареями. Динамика процесса во времени имеет такое же значение, как и конечное значение, особенно во время зарядки, запуска и контроля прогрева.

Как контроллер домена Ethernet проверяет возможность пассивного охлаждения для повышения плотности вычислительных ресурсов?

Третий случай в отчете касается контроллера домена Ethernet для транспортных средств. Автоматизированное вождение L2с использованием двухчиповый вычислительный модуль Nvidia. В отчете это рассматривается как нарастающая проблема, связанная с тепловым режимом, поскольку спрос на вычислительные ресурсы растет, плотность мощности модулей увеличивается вместе с ним, а естественное охлаждение уже не является надежным без моделирования.

Цель моделирования

Целью проектирования было:

• Суммарная мощность чипа при полной нагрузке: 40 Вт
• температура окружающей среды: 85°C
• Температура перехода микросхемы должна оставаться ниже 125°C
• Температура корпуса контроллера должна оставаться ниже 90°C
• Метод охлаждения должен оставаться естественная конвекция + излучение
• проектирование должно основываться на ребристая пассивная система охлаждения

Настройка модели и граничные условия

В отчете говорится, что модель включала в себя:

• корпус контроллера
• двойные чипы
• печатная плата
• ребра радиатора

Распределение материальных ресурсов происходило по ожидаемой схеме:

• Ребра радиатора: алюминиевый сплав
• чипсы: кремний
• Печатная плата: FR-4

Граничные условия были следующими:

• температура окружающей среды: 85°C
• скорость полета: 0,3 м/с
• Мощность каждого чипа: 20 Вт
• режим охлаждения: естественная конвекция + излучение
• Излучательная способность поверхности ребра: 0,8

Исследование параметров

В данном случае использовался параметрический анализ, а не только один расчетный цикл. В отчете говорится, что геометрия ребра изменялась следующим образом:

• Диапазон высоты плавников: от 20 мм до 40 мм
• Диапазон расстояния между ребрами: от 5 мм до 10 мм

На этапе постобработки сравнивалось распределение теплового потока в структуре ребер и температуры на границе раздела кристаллов при каждом варианте.

Лучший результат

Наилучшим решением было:

• высота плавника: 35 мм
• Расстояние между ребрами: 8 мм
• Температура перехода кристалла: 120°C
• температура корпуса: 88°C

Это соответствовало проектным целям.

В отчете также говорится, что сравнение с данными испытаний физического прототипа выявило ошибку моделирования в пределах 5%. Такой уровень корреляции — одна из причин, по которой команде удалось избежать повторных сборок тестов и сократить время разработки.

Каким образом Simcenter Flotherm взаимодействует с более широкой цепочкой инструментов для автомобильной промышленности?

В вашем отчете очень четко указано одно: Flotherm не следует рассматривать как изолированный инструмент для измерения тепловых характеристик. Это часть более широкого цикла автомобильной инженерии, объединяющего проектирование, моделирование, оптимизацию и проверку.

сотрудничество в области САПР-инструментов

В отчете говорится, что Flotherm бесперебойно работает с инструментами САПР, используемыми в автомобилестроении, такими как… CATIA и UG/NX.

Это обеспечивает прямой импорт для моделирования и позволяет переносить оптимизированные проектные значения обратно в механическую модель. В случае с блоком управления двигателем, после оптимизации геометрии ребер эти значения можно отправить обратно в модель CATIA, вместо того чтобы обновлять их вручную.

Совместная работа по системному моделированию

В отчете говорится, что компания Flotherm может сотрудничать с Simcenter Amesim Таким образом, тепловые характеристики, получаемые от электроники, могут быть соотнесены с общим состоянием работы автомобиля.

В качестве практического примера в отчете приводится управление тепловым режимом электромобиля. Результаты измерения температуры батареи и контроллера двигателя могут быть связаны с системой управления тепловым режимом автомобиля, например, с жидкостным охлаждением и тепловым потоком в салоне. В отчете приводится пример использования поведения температуры батареи во время зарядки и разрядки для регулирования потока охлаждающей жидкости в режиме реального времени и балансирования теплоотвода с потреблением энергии.

Тестирование сотрудничества

В отчете говорится, что результаты моделирования можно проверить, сопоставив их с измеренными данными, и уточнить путем калибровки. В нем также приводится следующее: T3ster В качестве примера для калибровки модели использовались тестовые данные.

В документе также говорится, что результаты моделирования могут помочь в составлении плана тестирования. Если в модуле батареи или модели ЭБУ обнаруживаются зоны перегрева, датчики температуры можно сначала разместить именно там. Это сокращает ненужные затраты на тестирование и снижает его стоимость.

сотрудничество в процессе разработки

В отчете компания Flotherm рассматривается в контексте всего цикла разработки автомобильной электроники:

• Этап разработки концепции: Используйте компактные тепловые модели для проверки вариантов охлаждения и сокращения времени оценки концепций.
• Этап детального проектирования: Перед выпуском проведите тепловые исследования на уровне платы и системы в целом, чтобы уточнить детали и устранить риски.
• Этап проверки в условиях массового производства: Проверьте, как такие технологические факторы, как точность пайки и зазор между радиатором и корпусом, влияют на тепловые характеристики, чтобы обеспечить стабильность качества выпускаемых деталей.

Какие технические преимущества и инженерную ценность приписывает компании Flotherm данный отчет?

Последний важный раздел вашего отчета описывает как технические преимущества, так и инженерную ценность. Я сохраняю эти утверждения в полном объеме, поскольку они соответствуют поисковому запросу, указанному в статье, и являются частью позиционирования продукта в исходном материале.

Технические преимущества

1) Высокая точность
В отчете говорится, что компания Flotherm использует усовершенствованный решатель CFD и интеллектуальное построение сетки, и что погрешность моделирования может быть ограничена определенными пределами. 5%. В описании также говорится, что платформа поддерживает многомасштабные и многофизические тепловые расчеты, от уровня корпуса микросхемы до целых электронных систем автомобиля.

2) Высокая эффективность
В отчете говорится, что библиотека автомобильных моделей и интеллектуальные инструменты моделирования сокращают время настройки модели. Также отмечается, что интеллектуальное построение сетки в сочетании с решателем может ускорить сложные исследования. более 30% по сравнению с традиционными инструментами моделирования.

3) Высокая инженерная пригодность для работы в автомобильной отрасли.
В отчете говорится, что программное обеспечение включает в себя функции, разработанные специально для автомобильной электроники, в том числе функции, специфичные для печатных плат, моделирование тепловых процессов в системе питания и батареи, моделирование загрязнений и влажности, а также интеграцию инструментария с другими распространенными инструментами для автомобильной промышленности.

4) Простота использования для местных команд
В отчете говорится, что интерфейс на китайском языке подходит для отечественных инженеров, а возможности настройки рабочих процессов и визуализации данных адаптированы под эту категорию пользователей. Также отмечается наличие встроенных шаблонов и библиотек кейсов для автомобильной промышленности, что позволяет инженерам повторно использовать стандартные настройки и работать быстрее.

Инженерная ценность

1) Более короткий цикл разработки
В отчете говорится, что точное моделирование тепловых процессов на ранних стадиях может сократить расчетный цикл тепловыделения для автомобильных электронных компонентов на от 40% до 60% потому что команды выявляют термический риск на ранней стадии и сокращают количество повторных проверок образцов.

2) Более низкая стоимость разработки
В отчете говорится, что компания Flotherm может сократить затраты, связанные с проектированием систем теплоснабжения, на более 30% за счет сокращения количества физических образцов, уменьшения количества тестовых циклов и оптимизации элементов, отводящих тепло, таких как ребра и вентиляторы.

3) Повышение надежности продукции
В отчете говорится, что более жесткий контроль температуры снижает риск тепловой перегрузки и теплового разгона, продлевает срок службы и уменьшает частоту отказов в эксплуатации. В нем также приводится пример с батареей, где указывается, что после оптимизации температурного режима срок службы батареи может увеличиться на от 15% до 20% при этом риск теплового разгона снижается.

4) Более эффективная поддержка новых технологий
В отчете говорится, что Flotherm удовлетворяет потребности в расчете тепловых характеристик высокопроизводительных автомобильных чипов и более интегрированных электронных систем. L3 и выше платформы автоматизированного вождения и 800 В высоковольтные архитектуры.

Почему это становится еще более важным по мере того, как автомобили становятся все более электрическими и все больше управляются программным обеспечением?

В заключение отчета вся тема возвращается к более масштабной тенденции развития автомобильной отрасли. По мере того, как автомобили становятся все более электрическими и интеллектуальными, бортовая электроника берет на себя все большую нагрузку, а удельная мощность и тепловая нагрузка растут вместе с ней.

Это поднимает планку для термоинструмента по трем направлениям:

• точность
• скорость
• инженерная совместимость

Основной тезис отчета заключается в том, что Simcenter Flotherm удовлетворяет эту потребность благодаря передовой технологии решателя, функциям, разработанным специально для автомобильной отрасли, и более тесному взаимодействию инструментов. Затем на примерах ЭБУ, аккумуляторного модуля и контроллера домена демонстрируется, как это преимущество проявляется в реальной инженерной работе: более короткие циклы, меньшая стоимость и более надежное оборудование.

С точки зрения программы, это и есть главный вывод. Термообрабатывающий инструмент оправдывает себя, когда позволяет вносить изменения в конструкцию на достаточно ранних этапах, что экономит время, средства и снижает риски. Именно это и утверждается в данном отчете.

Часто задаваемые вопросы инженеры чаще всего задают о Simcenter Flotherm для моделирования тепловых процессов в автомобильной промышленности.

1) Что такое Simcenter Flotherm и какие тепловые проблемы он может решить?

Краткий ответ: Это инструмент CFD для систем охлаждения электроники от Siemens, используемый для прогнозирования теплового поведения электронных компонентов, от корпусов интегральных схем и печатных плат до корпусов и более крупных систем, как в стационарном, так и в нестационарном режимах.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

В автомобильном тепловом проектировании инженеры часто упоминают Flotherm, поскольку он помогает им прогнозировать распределение тепла на ранних стадиях, выявлять очаги перегрева, сравнивать варианты охлаждения и сокращать количество проб и ошибок. Он используется, когда команде необходимы рекомендации по тепловому режиму до того, как изменения в конструкции на поздних этапах станут дорогостоящими. На официальных страницах продуктов Siemens он описывается как часть рабочего процесса разработки электроники, поддерживающая принятие решений на основе моделирования, начиная с ранней архитектуры и заканчивая окончательной тепловой проверкой.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

2) Как пользователям следует импортировать модели CAD или CAE, и что им следует делать, если импорт модели не удался?

Краткий ответ: Начните с чистой модели, используйте поддерживаемый формат, удалите некритичные детали, а затем проверьте настройку материала и граничных условий после импорта. Многие ошибки импорта связаны с проблемами геометрии, а не с проблемами решателя.basicae.com)

В предоставленном вами разделе часто задаваемых вопросов освещается практическая проблема, с которой многие пользователи столкнулись на начальном этапе: 3D-модель импортируется в Flotherm, но отображает поврежденную геометрию, отсутствующие элементы или проблемы с отображением. В рекомендациях сторонних разработчиков Flotherm говорится, что инструмент поддерживает распространенные 3D-форматы, такие как… ШАГ, ИГЕС, и STLи рекомендует упростить модель перед импортом. Тот же источник также указывает на Конвертер Flotherm Для преобразования формата и с учетом того, что очистка геометрии может устранить многие препятствия при импорте. После импорта пользователям все еще необходимо правильно задать свойства материала и граничные условия, иначе результат тепловых расчетов будет ненадежным.basicae.com)

3) Как Flotherm обрабатывает сетку, и действительно ли сетка влияет на скорость и точность моделирования?

Краткий ответ: Да. Стратегия построения сетки является одним из важнейших факторов как на время выполнения, так и на качество результата, и структурированная декартова сетка Flotherm — одно из его основных преимуществ.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

В предоставленном вами разделе часто задаваемых вопросов говорится, что пользователи часто сталкиваются с трудностями, когда плохое построение сетки замедляет или делает нестабильным процесс решения. В официальных материалах Siemens говорится, что Flotherm использует быструю и надежную декартову сетку, и что объекты, связанные со SmartPart, не требуют полного перестроения сетки при изменении положения или ориентации детали. В вашем отчете также упоминается автомобильная промышленность: плотная локальная сетка должна располагаться там, где температурный градиент наиболее силен, например, на микросхемах, горячих точках печатных плат и элементах питания, в то время как области с меньшим риском остаются более крупными. Это правильный баланс между стоимостью решения и точностью результата. В статье SegmentFault об использовании Flotherm также рассматривается стратегия построения сетки как важный фактор, определяющий скорость и точность.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

4) Может ли Simcenter Flotherm выполнять нестационарный тепловой анализ, и когда требуется нестационарный анализ вместо анализа стационарного состояния?

Краткий ответ: Да. Используйте установившийся режим, когда нагрузка стабильна, и переходный режим, когда температура изменяется со временем, например, при быстрой зарядке, запуске, остановках и запусках или прогреве при низкой температуре.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

Это один из самых практических вопросов в работе с транспортными средствами. В предоставленном вами разделе часто задаваемых вопросов (FAQ) это различие определено правильно. Стабильного теплового поля достаточно для многих фиксированных условий эксплуатации, но динамические процессы в транспортном средстве требуют учета как временной зависимости, так и конечной температуры. Пример с аккумуляторным модулем в вашем отчете является наиболее наглядным доказательством. В исследованиях быстрой зарядки и низкотемпературного нагрева пришлось использовать моделирование переходных процессов, поскольку целевая задача зависела от изменения температуры во времени, а не только от конечного состояния. На официальных страницах Siemens также указан анализ переходных тепловых процессов как стандартная функция.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

5) Может ли Flotherm интегрироваться с такими инструментами, как Simcenter Amesim и 3D CAD, или его необходимо использовать отдельно?

Краткий ответ: Оно может работать как часть более широкого рабочего процесса. Это одно из его главных преимуществ для автомобильных команд.training.plm.automation.siemens.com)

В предоставленных вами часто задаваемых вопросах поднимается важный для реальных программ вопрос: работает ли Flotherm автономно или может взаимодействовать с другими инструментами проектирования и моделирования? Ваш отчет и общедоступные материалы Siemens указывают в одном направлении. Flotherm поддерживает рабочие процессы MCAD и EDA, работает с импортом данных CAD и может взаимодействовать с более широкой средой Simcenter. В вашем отчете в качестве примеров приводится сотрудничество с Simcenter Amesim, Simcenter 3D, инструменты САПР, такие как CATIA и UGи обмен моделями посредством XTXML с Simcenter Flotherm XT. Это сокращает объем повторной работы и позволяет использовать результаты тепловизионных исследований в разных командах.training.plm.automation.siemens.com)

Примечание автора

Джонни Лю — генеральный директор компании Dowway Vehicle. Данная статья написана в формате технического обзора на основе предоставленного инженерного отчета и проверена на соответствие текущим общедоступным материалам Siemens о продуктах, обучении и релизах, где важна была формулировка, касающаяся возможностей продукта. На текущих страницах Siemens Flotherm позиционируется как инструмент CFD для охлаждения электроники с функциями SmartParts, компактным тепловым моделированием, обработкой EDA и MCAD, анализом переходных процессов, быстрым построением декартовой сетки и интеграцией рабочих процессов, что подтверждает используемую здесь концепцию.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

Внешние ссылки

• Сименс, Simcenter Flotherm. Доступно 13 марта 2026 г.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)
• Академия Siemens Xcelerator, Введение в Simcenter Flotherm. Доступно 13 марта 2026 г.training.plm.automation.siemens.com)
• Блог Siemens Simcenter, Что нового в Simcenter Flotherm 2504?. Доступно 13 марта 2026 г.Сеть блогов Siemens)
• Блог Siemens Simcenter, Что нового в Simcenter Flotherm 2510?. Доступно 13 марта 2026 г.Сеть блогов Siemens)
• Центр поиска Google. Функции ИИ и ваш веб-сайт, Влияние на ссылки в заголовках, и Управляйте своими фрагментами в результатах поиска.. Доступно 13 марта 2026 г.Google для разработчиков)
• 贝思科尔, Компания Flotherm выпускает продукцию из Китая.. Доступно 13 марта 2026 г.basicae.com)

Проверка покрытия

全文已经保留并写入你原始报告里的全部内容细节,没有删掉以下任何部分:

• 行业背景:燃油车向新能源车转型、电子复杂度上升、热负荷变大、试错式开发的局限
• 核心技术架构:建模模块、求解器模块、后处理模块
• 多尺度能力:从亚微米级芯片封装到米级整车电子系统
• 汽车复杂工况:高低温、振动、湿度变化
• Доступные поставщики: CATIA, UG, SolidWorks, ECU, изображения, детали, компоненты, компоненты/коробки.
• EDA/MCAD и печатная плата 文件导入
• 求解细节:有限体积法、传导/对流/辐射、稳态/瞬态、结构化笛卡尔网格
• Стандарты ISO: печатные платы, печатные платы, печатные платы, ISO. 16750
• SmartPart, компоненты для печатных плат, HyperLynx PI, джоулево тепло, CTM, 2R, Delphi, JEDEC
• Simcenter Amesim, Simcenter 3D, XTXML, Flotherm XT, T3ster
• 三个案例的全部关键参数、材料、边界条件、网格、优化动作、结果数值
• 5%、30%+、40%-60%、30%+、15%-20%、L3、800В 等全部关键数字

«Кстати, если это вам помогло, я буду рад вашей поддержке».

Оставьте отзыв об этом GPT, чтобы больше создателей контента и профессионалов могли им воспользоваться.
Нужна помощь с контентом, SEO или бизнес-стратегией? Пишите мне в любое время.
Хотите получить передовые руководства по развитию бизнеса, шаблоны и инструменты искусственного интеллекта?

Если вам это помогло, я буду очень признателен за короткий отзыв — это поможет сделать этот инструмент доступным для большего числа авторов.
Нужна помощь в создании высокоэффективного SEO/AEO-контента, разработке маркетинговых систем на основе ИИ или повышении онлайн-видимости?
Не стесняйтесь писать мне сообщения здесь в любое время, или же изучайте дополнительные ресурсы и обновления по адресу [ссылка].

Посетите сайт: KhalidMarjan.com
Следите за моим путешествием и получайте ежедневные полезные советы:

Вы также можете связаться со мной в социальных сетях — я делюсь подробными стратегиями, советами и секретами роста для современных предпринимателей.

LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/khalid-marjan-819589126/
? Facebook: https://www.facebook.com/khalidmarjanumar/ – Контент, посвященный цифровому маркетингу, искусственному интеллекту и развитию бизнеса.

Спасибо, что вы здесь — продолжайте строить, продолжайте творить, и давайте расти вместе!

条标准把稿子重做了:

第一，按当前 Google 对 Поиск、Обзоры AI / Режим AI 的公开说明来优化结构。Google 目前明确说,出现在 AI SEO-оптимизация, оптимизация и оптимизация SEO. 基础:页面可抓取、可索引、可生成摘要，内容对人有用,标题清楚,正文里把关键答案写明, 内部链接清晰,结构化数据要和可见内容一致。标题和描述仍然要写得简洁、准确，因为 Google 会参考页面内容和 、мета-описание 来生成标题链接和摘要。(Google для разработчиков)

第二, 我把文章改成更适合人读、也更适合 LLM Часто задаваемые вопросы, вопросы и ответы 先给短回答，再展开；同时保留你原始报告里的全部技术点、三个案例Флотерм. 的功能点则继续以西门子官方产品页、培训页和更新页做了交叉核对。(Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

Метапак

Мета-заголовок
Система терморегулирования в автомобиле с использованием Simcenter Flotherm

Мета-описание
Узнайте, как Simcenter Flotherm поддерживает моделирование тепловых процессов в ЭБУ, батареях и контроллерах домена для ускорения принятия решений в автомобильном проектировании.

Предложенный URL
/automotive-thermal-management-simcenter-flotherm

Извлеченные ключевые слова

Основное ключевое слово
автомобильная система терморегулирования

Вторичные ключевые слова
Simcenter Flotherm
охлаждение автомобильной электроники
Тепловая симуляция ЭБУ
Тепловое моделирование батареи электромобиля
равномерность температуры батареи
охлаждение контроллера домена
термический анализ печатной платы
переходный тепловой анализ
автомобильное CFD-моделирование
технология SmartPart
компактная тепловая модель
Программное обеспечение для моделирования управления тепловыми процессами
Интеграция Simcenter и Amesim
проектирование систем отвода тепла в автомобиле

---

Системы терморегулирования в автомобилях с использованием Simcenter Flotherm (китайское издание): технический анализ и инженерные приложения.

Автор: Джонни Лю, генеральный директор компании Dowway Vehicle.
Опубликовано: 13 марта 2026 г.
Последнее обновление: 13 марта 2026 г.
Статус технической проверки: Проверка проводилась на основе предоставленного исходного отчета и текущих общедоступных материалов Siemens по продуктам, обучению и выпускам, доступных по состоянию на 13 марта 2026 года. Второй указанный рецензент не был предоставлен.
Источник информации: Приведенные ниже инженерные расчеты, температуры, значения материалов, уровни мощности, диапазоны геометрии и результаты оптимизации взяты из предоставленного вами отчета и представлены здесь без изменений.

Simcenter Flotherm — это платформа CFD для моделирования охлаждения электроники, используемая для прогнозирования повышения температуры, определения зон перегрева, сравнения вариантов охлаждения и проверки тепловых характеристик от ранней стадии концепции до окончательной проверки проекта. В автомобильной промышленности это важно, поскольку блоки управления двигателем (ECU), системы управления батареями (BMS), микроконтроллеры (MCU), контроллеры домена Ethernet транспортных средств и высокопроизводительные чипы теперь работают с более высокой удельной мощностью, меньшей плотностью размещения компонентов и в более жестких условиях окружающей среды, чем старая автомобильная электроника. На официальных страницах продукта Siemens Flotherm описывается как инструмент принятия решений на основе моделирования и управления тепловыми процессами, который работает от ранней архитектуры до окончательной проверки теплового проекта, с поддержкой SmartParts, EDA и MCAD, компактным тепловым моделированием, калибровкой, параметрическим анализом и быстрым построением декартовой сетки.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

Вкратце:

• В связи с ростом удельной мощности в системах электромобилей, гибридных автомобилей и системах автоматического вождения, проектирование тепловых систем автомобильной электроники теперь необходимо проводить на более ранних этапах разработки.
• Simcenter Flotherm поддерживает моделирование тепловых процессов на уровне микросхем и печатных плат, а также на уровне корпусов и более крупных систем.
• В исходном отчете рассматривается архитектура моделирования, решателя и постобработки, а также SmartParts, функции, ориентированные на печатные платы, моделирование влажности, компактные тепловые модели и интеграция с инструментарием.
• В отчете подробно описаны три инженерных примера, демонстрирующие охлаждение ЭБУ, равномерность температуры аккумуляторного модуля и оптимизацию радиатора контроллера домена Ethernet автомобиля.
• В этой версии сохранены все детали отчета об источнике, при этом страница стала проще для анализа поисковыми системами и системами искусственного интеллекта.

С точки зрения разработки автомобильных компонентов, один урок повторяется снова и снова: перегрев микросхемы редко остается проблемой надолго. Он превращается в проблему печатной платы, проблему корпуса, проблему системы охлаждения, а затем и в проблему сроков и стоимости всей программы. Именно поэтому проектирование тепловых систем на основе моделирования теперь находится гораздо ближе к началу разработки автомобильных компонентов.

Почему вопросы управления тепловым режимом в автомобильной промышленности стали особенно актуальными при проектировании?

Автомобильная промышленность переходит от традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания к автомобилям на новых источниках энергии, включая электромобили и гибридные платформы. В то же время бортовая электроника очень быстро усложняется. То, что раньше было сосредоточено на обычных блоках управления двигателем, теперь распространяется на системы управления батареями, блоки управления двигателями, контроллеры домена Ethernet автомобиля и высокопроизводительные чип-модули, необходимые для систем помощи водителю и автоматизированного вождения.

Этот сдвиг повышает удельную мощность и тепловую нагрузку на весь автомобиль. Если тепловая конструкция несовершенна, температура компонентов чрезмерно повышается, электрические характеристики снижаются, срок службы сокращается, а риск короткого замыкания, возгорания или других отказов системы безопасности возрастает. В реальных автомобильных программах управление тепловым режимом больше не является вопросом, рассматриваемым на поздних этапах проверки. Оно меняет компоновку платы, конструкцию корпуса, вентиляцию, выбор материалов, конструкцию интерфейсов и стратегию охлаждения.

Старый метод проб и ошибок — создание физического образца, его тестирование, доработка и повторное тестирование — занимает слишком много времени, обходится слишком дорого и часто выявляет риски слишком поздно. Для программ разработки новых энергетических транспортных средств, реализуемых в сжатые сроки, такая модель трудно оправдать. В отчете указывается, что Simcenter Flotherm заполняет этот пробел: набор инструментов, который может прогнозировать распределение тепла на ранних стадиях, оптимизировать планы теплоотвода, сокращать время разработки и снижать затраты до того, как накопится больше аппаратных контуров.

Чем занимается компания Simcenter Flotherm в сфере автомобильной инженерии?

Simcenter Flotherm — это инструмент для моделирования тепловых процессов в электронике, разработанный на основе CFD-моделирования. Он используется для моделирования теплопередачи в электронных изделиях и системах, от уровня корпуса микросхемы и печатной платы до уровня корпуса и более крупных сборок. На страницах продукта Siemens он описывается как ведущее решение для моделирования охлаждения электроники, разработанное более 34 лет назад с учетом отзывов пользователей, обеспечивающее быстрый и точный тепловой анализ электроники, библиотеки SmartPart, обработку данных EDA и MCAD, компактное тепловое моделирование, калибровку и параметрический анализ.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

В автомобилестроении его роль шире, чем просто «построить красивый график зависимости температуры от параметров». Он поддерживает принятие решений в области тепловых процессов на протяжении всего жизненного цикла продукта:

• Этап разработки концепции: Используйте компактные тепловые модели для проверки тепловых путей и быстрого сравнения концепций.
• Этап детального проектирования: Перед началом работы проведите исследования на уровне печатной платы и системы в целом, чтобы выявить зоны перегрева, проверить температуру перехода, протестировать схемы охлаждения и устранить тепловые риски.
• Этап валидации: Сравнивать результаты моделирования с измеренными данными, уточнять модель и использовать ее для улучшения плана тестирования и сокращения объема слепого тестирования.

Использование всего контура охлаждения имеет значение, поскольку современные автомобильные тепловые проблемы обычно затрагивают несколько уровней одновременно. Перегрев платы может быть вызван одновременно питанием чипа, распределением меди, проводимостью корпуса, геометрией ребер, температурой окружающей среды и ограничением воздушного потока.

Как Simcenter Flotherm разработан для моделирования тепловых процессов в автомобильной промышленности?

В исходном отчете основная архитектура описывается в трех частях: модуль моделирования, модуль решения и модуль постобработки. Интеграция с различными инструментальными цепочками рассматривается как основная часть платформы, а не как дополнительная опция. Такая трактовка соответствует собственным публичным материалам Siemens, которые представляют Flotherm как инструмент для организации рабочих процессов, связанных с разработкой электроники, включающий построение моделей, импорт MCAD и EDA, постобработку и оптимизацию.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

Модуль моделирования: как он обрабатывает данные о геометрии и электронике автомобиля?

Модуль моделирования поддерживает различные способы построения тепловой модели.

Она может импортировать данные САПР непосредственно из инструментов автомобильного проектирования, таких как CATIA, UG/NX и SolidWorks. После импорта можно идентифицировать и упростить геометрические элементы, чтобы некритичные детали не замедляли процесс расчета. В автомобильной промышленности это важно, поскольку исходная производственная геометрия часто содержит множество элементов, которые не изменяют тепловой путь в достаточной степени, чтобы оправдать затраты на сетку.

В исходном отчете также говорится, что модуль включает в себя обширную библиотеку моделей автомобильной электроники. Эта библиотека охватывает стандартные элементы, такие как:

• корпуса ЭБУ автомобиля
• радиаторы
• фанаты
• силовые аккумуляторные элементы и модули
• Статоры и роторы двигателей

Затем эти стандартные модели можно настроить с помощью параметров, определяемых пользователем, чтобы команды могли адаптировать их под различные программы разработки автомобилей и варианты компоновки.

В отчете также говорится, что данные EDA и MCAD можно обрабатывать совместно. Файлы проектирования печатных плат можно импортировать напрямую, так что модель сохраняет компоновку печатной платы, распределение меди и расположение установленных компонентов. Это важная часть точной работы по расчету тепловых характеристик автомобильных плат, поскольку плата часто является одним из основных источников тепла.

Главный архитектурный аспект отчета — масштаб. Simcenter Flotherm представлен как многомасштабная платформа для теплового моделирования, способная обрабатывать данные от деталей субмикронных корпусов микросхем до электронных систем транспортных средств метрового масштаба. На страницах продуктов Siemens подчеркивается тот же момент, отмечая, что его сетка и решатель были разработаны для работы в масштабах от субмикронных до метровых сборок.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

В отчете также особое внимание уделяется условиям эксплуатации автомобилей. Архитектура предназначена для работы в условиях высоких и низких температур, вибрации, изменения влажности и других сложных условий эксплуатации транспортных средств, с целью обеспечения точности и полезности результатов для инженерной работы.

Модуль Solver: какие физические процессы теплопередачи он решает?

Модуль решателя использует конечно-объемный CFD-решатель для расчета трех основных режимов теплопередачи:

• проводимость
• конвекция
• излучение

Он поддерживает как моделирование стационарных состояний, так и моделирование переходных процессов.

Моделирование в стационарном режиме подходит для стабильных условий, таких как нормальный крейсерский режим или холостой ход двигателя, когда рабочее состояние остается приблизительно постоянным достаточно долго, чтобы оценить стабильное тепловое поле.

Моделирование переходных процессов предназначено для динамических условий, таких как:

• события запуска/остановки транспортного средства
• быстрое ускорение
• запуск при низкой температуре
• зарядка и разрядка аккумулятора
• Поведение двигателя при запуске и остановке

Это разделение является одной из ключевых причин, по которой Flotherm подходит для работы с тепловыми процессами в автомобильной промышленности. Во многих системах транспортных средств одной лишь конечной температуры недостаточно. Важна вся история изменения температуры во времени. Siemens также указывает анализ переходных тепловых процессов в качестве основной возможности продукта.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

В отчете добавляется еще один технический момент: решатель использует интеллектуальное построение сетки на основе структурированной декартовой сетки. Он может регулировать плотность сетки в зависимости от сложности геометрии и концентрации тепла. Это позволяет инженерам сохранять точность в зонах с высокой концентрацией тепла, одновременно снижая общую стоимость решения. На страницах продуктов Siemens описывается та же самая особенность, отмечается быстрое и надежное построение декартовой сетки и построение сетки SmartPart с привязкой к объектам, которое не требует полной перестройки сетки после перемещения или вращения деталей.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

Модуль постобработки: что получает инженер из полученных результатов?

Модуль постобработки построен на основе наглядности результатов и принятия проектных решений.

Согласно отчету, он может производить:

• температурные контурные карты
• контурные карты теплового потока
• Графики распределения скорости воздушного потока

Он также поддерживает сравнение в различных условиях и с различными решениями, что позволяет инженерам сравнивать разные концепции охлаждения или разные условия эксплуатации в рамках одного проекта.

В отчете затем добавляются ориентированные на отрасль инженерные показатели. В нем говорится, что среда постобработки может рассчитать:

• температура перехода компонента
• средняя температура печатной платы
• эффективность рассеивания тепла

В документе также отмечается, что данный рабочий процесс может быть сопоставлен со стандартами проектирования тепловых систем в автомобильной промышленности, при этом в качестве примера проверки соответствия требованиям в автомобильной электронике приводится стандарт ISO 16750.

Этот момент имеет значение на практике. Инженерам нужна не просто тепловая карта. Им нужен результат, который можно сравнить с ограничениями программы, целевыми показателями заказчика и стандартами валидации.

Какие функции Flotherm разработаны специально для автомобильной промышленности, а не только для общего применения в вычислительной гидродинамике?

В исходном отчете приводится подробный список функций, ориентированных на автомобильную промышленность. Сохранение этого списка в неизменном виде имеет важное значение, поскольку именно здесь продукт перестает быть «просто еще одним инструментом CFD» и начинает соответствовать реальным рабочим процессам автомобильной электроники.

Технология SmartPart: почему она экономит время на этапах итерации проектирования?

В отчете говорится, что Flotherm включает в себя интеллектуальные модели для распространенных автомобильных электронных компонентов, таких как микросхемы, конденсаторы, резисторы и вентиляторы охлаждения. Инженеры могут вызывать эти компоненты напрямую, вместо того чтобы моделировать их с нуля.

Также указано, что эти компоненты параметризованы. Это означает, что пользователь может регулировать такие параметры, как мощность чипа или размер радиатора, без перестройки объекта. При изменении положения или ориентации компонента связанная с объектом сетка обновляется автоматически, поэтому пользователю не нужно перестраивать сетку всей модели.

На страницах продукции Siemens также упоминается технология SmartPart и ее роль в сокращении времени создания моделей за счет библиотек радиаторов, вентиляторов, корпусов, тепловых трубок и других компонентов, специфичных для электроники.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

В автомобильных программах это сокращает цикл проектирования именно там, где команды обычно проводят несколько итераций подряд: размеры радиатора, выбор вентилятора, размер вентиляционного отверстия, форма корпуса и размещение компонентов.

Моделирование влажности и загрязнения: почему это важно для транспортных средств?

В отчете освещаются расчеты концентрации водяного пара, анализ температуры влажного термометра и анализ насыщения для жестких условий эксплуатации. Это позволяет изучать, как высокая влажность изменяет тепловые характеристики, и принимать решения по герметизации корпусов, снижающие риск отказов, связанных с влажностью.

В документе также указано, что 19% отказов электронного оборудования вызваны влажностью. Я сохраняю эту цифру, поскольку она содержится в вашем исходном отчете, а не потому, что я независимо проверил этот точный процент в текущем общедоступном наборе данных.

В публичных примечаниях к выпуску Siemens 2504 подтверждается, что моделирование влажности доступно в линейке продуктов Flotherm для отдельных областей применения.Сеть блогов Siemens)

В автомобильной промышленности это важно, когда электроника работает в условиях высокой влажности, циклов образования конденсата, воздействия пыли или смешанной окружающей среды, где взаимодействуют тепловые характеристики и герметичность.

Специфические тепловые функции печатных плат: в чем здесь отличие?

В исходном отчете описаны несколько функций, ориентированных на печатные платы, и их следует оставить в статье именно в таком виде, поскольку они являются полезными целями поиска и содержат ценные инженерные сведения.

В документе указано, что компания Flotherm поддерживает:

• послойное моделирование многослойных печатных плат
• подробное представление распределения меди
• теплопроводность через глухие переходные отверстия
• теплопроводность через скрытые переходные отверстия
• Функции маркировки компонентов, помогающие быстро идентифицировать ключевые детали.
• Улучшенное цветное отображение на печатной плате для более быстрого определения местоположения точки доступа.
• электротермическое сотрудничество с HyperLynx PI
• автоматическое определение энергосети
• автоматическое создание глобальных целевых значений джоулева нагрева

Это внушительный список для автомобильной электроники на уровне печатных плат, поскольку многие тепловые отказы начинаются на плате, прежде чем проявиться на уровне корпуса. Более широкий обзор материалов Siemens по охлаждению электроники также указывает на электротермическое взаимодействие на печатных платах как на часть более широкого рабочего процесса.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

Создание компактных тепловых моделей: какое место занимает технология CTM?

В отчете говорится, что компания Flotherm может создавать компактные тепловые модели, такие как:

• 2R двухрезисторные модели
• Многорезистивные модели Дельфи

Там также указано, что эти проблемы решаются со ссылкой на стандарты JEDEC.

Благодаря этому CTM особенно полезен на ранних этапах концептуального проектирования и для быстрой оценки вариантов. В автомобильных программах ранние обзоры архитектуры часто проводятся до того, как 3D-модель будет готова. CTM позволяет команде быстрее продвигаться на этом этапе, а затем переключаться на более детальные исследования на уровне печатной платы или системы.

В публичных примечаниях к выпуску последних версий Siemens также упоминается работа над компактными тепловыми моделями 2R и DELPHI, а также обновления в создании пакетных моделей.Сеть блогов Siemens)

Интеграция нескольких наборов инструментов: как она вписывается в полноценную программу разработки автомобиля?

В отчете говорится, что Flotherm может интегрироваться с Simcenter Amesim и Simcenter 3D для совместной работы над тепловыми, системными и структурными параметрами. Также указывается, что модели можно экспортировать в формате XTXML для обеспечения совместимости с Simcenter Flotherm XT, поэтому пользователям не нужно перестраивать модель.

Это важно, потому что тепловые процессы в автомобильной электронике почти никогда не происходят изолированно. Они влияют на:

• CAD-геометрия
• система терморегулирования
• механическая компоновка
• планирование тестирования
• проверка программы

Как на практике выглядит полный рабочий процесс автомобильного проектирования?

В отчете Flotherm описывается как часть полного цикла «проектирование–моделирование–оптимизация–проверка» в процессе разработки транспортных средств. Такая концепция также соответствует содержанию обучающих материалов Siemens, которые сосредоточены на построении моделей, импорте MCAD и EDA, постобработке и оптимизации.training.plm.automation.siemens.com)

1) Совместная работа в области САПР

В отчете говорится, что Flotherm работает с распространенными инструментами автомобильного САПР, такими как CATIA и UG. Инженеры могут импортировать проект в тепловую модель, оптимизировать геометрию отвода тепла, а затем передать оптимизированные размеры обратно в САПР.

Пример с ребрами корпуса блока управления двигателем (ЭБУ) — яркий тому пример. После оптимизации размеров и расположения ребер в тепловом моделировании эти значения можно передать обратно в модель CATIA, а не обновлять вручную.

2) Совместная работа по моделированию систем

В отчете говорится, что компания Flotherm может сотрудничать с Simcenter Amesim, что позволяет инженерам связывать электронные данные о тепловом режиме с условиями эксплуатации транспортного средства.

В системах терморегулирования электромобилей это означает, что результаты терморегулирования батареи и контроллера двигателя могут быть связаны с более широкой логикой охлаждения автомобиля, такой как контуры жидкостного охлаждения или взаимодействие между системой отопления салона и системой охлаждения. В отчете приводится конкретный пример: динамическая регулировка потока охлаждающей жидкости в зависимости от температуры батареи во время зарядки и разрядки для баланса между эффективностью охлаждения и энергопотреблением.

3) Тестирование сотрудничества

В отчете говорится, что результаты моделирования можно сравнить с измеренными данными и уточнить путем калибровки модели, в том числе калибровки на основе данных испытаний T3ster.

В нем также говорится, что результаты моделирования могут помочь в планировании испытаний. Если модель показывает вероятные очаги перегрева в аккумуляторном модуле, ЭБУ или на плате, инженеры-испытатели могут разместить датчики именно там, где это необходимо, вместо того, чтобы бездумно покрывать всю сборку.

4) Полное соответствие жизненному циклу продукта

В отчете компания Flotherm представлена ​​на всех этапах разработки автомобильной электроники:

• Концептуальный дизайн: Используйте компактные тепловые модели для быстрой оценки вариантов и сокращения времени анализа концепций.
• Детальный проект: Проведите точные исследования теплового режима на уровне платы и системы, а затем устраните детальные риски, связанные с перегревом, перед выпуском.
• Проверка работоспособности в производственной среде: Используйте моделирование, чтобы проверить, как производственные факторы, такие как точность пайки и зазор между радиатором и корпусом, влияют на тепловые характеристики, чтобы обеспечить стабильную температуру деталей, выпускаемых серийно.

Как пример с блоком управления двигателем демонстрирует ценность проектирования тепловых систем на основе моделирования?

Первый инженерный пример в вашем отчете — это блок управления двигателем автомобиля. Это один из лучших примеров, потому что он помещает проблему перегрева в суровые, хорошо знакомые автомобильные условия.

В отчете электронный блок управления (ЭБУ) описывается как «мозг» таких систем, как двигатель, трансмиссия и система кондиционирования воздуха. Также отмечается, что блок работает в непосредственной близости от моторного отсека, где температура окружающей среды может достигать 80–120 °C, а электроника внутри остается компактной и энергоемкой.

Цель моделирования

Цель моделирования была ясна.

В предельных условиях работы двигателя на холостом ходу при температура окружающей среды 120°CПри этом дизайн должен был сохранять следующие особенности:

• тот температура перехода основных микросхем например, микроконтроллер и датчики, расположенные ниже. 150°C
• тот средняя температура печатной платы ниже 100°C

В исходном отчете эта цель связана с ISO 16750-4 Требования к экологическим испытаниям автомобильной электроники.

Шаг 1: Импорт и очистка модели.

Рабочий процесс начался с импорта 3D-моделей корпуса ЭБУ, печатной платы и компонентов из… CATIA.

Затем геометрию очистили. В отчете приводятся некритичные детали, такие как… отверстия для винтов и фаски были удалены, поскольку они недостаточно сильно изменяют результат теплопередачи, чтобы оправдать дополнительные затраты на решение.

Файл проекта печатной платы EDA также был импортирован, поэтому модель сохранила свои характеристики. распределение меди и положения установленных компонентов.

Шаг 2: Свойства материала и граничные условия

В отчете указаны точные материальные назначения:

• Корпус блока управления двигателем: алюминиевый сплавтеплопроводность 200 Вт/(м·К)
• Печатная плата: FR-4теплопроводность 0,3 Вт/(м·К)
• Основной чип: кремнийтеплопроводность 148 Вт/(м·К)

Далее в отчете приводятся граничные условия:

• Температура окружающей среды: 120°C
• Скорость воздушного потока в моторном отсеке на холостом ходу: 0,5 м/с
• Мощность микроконтроллера: 15 Вт
• Питание датчика: 2 Вт
• Режим охлаждения: естественная конвекция + излучение

Шаг 3: Создание сетки и настройка решения.

В модели использовалось интеллектуальное построение сетки с локальным уточнением вокруг микросхем и печатной платы в местах, где ожидались перегрева. Внешняя часть корпуса и области с меньшим риском оставались более крупнозернистыми.

В отчете говорится, что Общее количество ячеек в сетке контролировалось на уровне около 5 миллионов..

В исследовании использовалось анализ стационарного состояния с настройки высокоточного решателя.

В отчете также приводится практическая инженерная деталь: решение заняло около 2 часа на обычном инженерном компьютере.

Шаг 4: Анализ результатов и первое заключение.

Первое решение выявило реальную проблему с перегревом:

• Достигнута температура перехода микроконтроллера 165°C
• достигнута локальная температура печатной платы 110°C

Оба значения превысили целевое значение.

В отчете говорится, что первопричиной было неудачная конструкция пути отвода тепла и недостаточная площадь теплоотвода на корпусе ЭБУ.

Шаг 5: Действия по оптимизации

План оптимизации, представленный в отчете, включал в себя:

• добавить радиатор на поверхность микроконтроллера
• Размер радиатора: 30 мм × 30 мм × 5 мм
• Материал радиатора: алюминиевый сплав
• добавить больше охлаждающих ребер к корпусу блока управления двигателем
• улучшить вентиляционную структуру жилого помещения

Шаг 6: Повторный запуск и проверка результатов.

Затем оптимизированная модель была смоделирована еще раз.

В итоге было показано:

• Температура перехода микроконтроллера снизилась до 142°C
• средняя температура печатной платы снизилась до 95°C
• Эффективность рассеивания тепла улучшена за счет 15%

Это позволило достичь проектных целей и устранить риск перегрева блока управления двигателем.

Этот случай — наглядный пример того, что должен делать инструмент в автомобильной сфере: находить проблемные места, показывать причину их возникновения, а затем указывать на изменение конструкции, которое позволяет достичь целевого результата без образования ещё одного медленного цикла обработки данных на аппаратном уровне.

Как корпус аккумуляторного модуля справляется с пиковыми температурами и равномерностью распределения температуры?

Второй случай, описанный в отчете, касается силового аккумуляторного модуля для электромобиля. Этот случай важен, поскольку тепловые характеристики батареи зависят не только от максимальной температуры, но и от распределения температуры по модулю и готовности к работе при низких температурах.

В отчете изложены основные целевые показатели тепловой мощности тяговых батарей:

• Оптимальный диапазон рабочих параметров: от 20°C до 40°C
• выше 60°C, риск теплового разгона возрастает
• ниже -10°CПроизводственная мощность резко падает
• Разница температур между ячейками в одном модуле не должна превышать… 5°C

Эти моменты имеют решающее значение для безопасности батареи, дальности хода, срока службы и стабильности циклов зарядки-разрядки.

Настройка аккумуляторного модуля

В данном случае используется тройной литий-ионный аккумуляторный модуль с:

• 16 серия
• 2 параллельных
• 100 Ач емкость

Имитационная модель была создана с использованием библиотеки моделей батарей Flotherm. Согласно отчету, модель включала в себя:

• аккумуляторные элементы
• опорная конструкция
• каналы охлаждения
• PTC-нагреватели

В отчете говорится, что тепловые характеристики батареи, такие как удельная теплоемкость и теплопроводность, были установлены на основе данных поставщика.

В режиме быстрой зарядки тепловыделение во время зарядки было установлено на 200 Вт/кг на основе предоставленных поставщиком данных о тепловыделении при зарядке и разрядке.

Цели моделирования

В отчете определены два варианта функционирования системы.

Чехол для быстрой зарядки

• зарядный ток: 30 А
• температура окружающей среды: 25°C
• Максимальная температура клетки должна оставаться ниже 55°C
• Разница температур между клетками должна оставаться ниже определенного значения. 5°C

Низкотемпературный корпус

• температура окружающей среды: -20°C
• Система отопления должна повысить температуру батареи выше определенного значения. 20°C достаточно быстро, чтобы обеспечить зарядку и разрядку.

Граничные условия

Для чехла с функцией быстрой зарядки:

• режим охлаждения: жидкостное охлаждение
• Расход охлаждающей жидкости: 2 л/мин
• Температура охлаждающей жидкости на входе: 20°C

В случае низких температур:

• Мощность PTC-нагревателя: 500 Вт
• Продолжительность нагрева: 30 минут

Настройка решения переходного процесса

Поскольку зарядка и низкотемпературный нагрев зависят от времени, в отчете говорится, что использованная модель моделирование переходных процессов.

Здесь указаны точные настройки:

• временной шаг: 60 с
• Общее время решения задачи для случая быстрой зарядки: 3600 с
• Общее время решения для случая низких температур: 1800-е годы

В документе также указано, что сетка вокруг элементов батареи и нагревателей была усовершенствована для обеспечения точности измерения температуры.

Первый результат и проблема с перегревом

Первые результаты быстрой зарядки показали, что ячейки в центральной части нагреваются сильнее, чем остальные:

• достигнута наивысшая температура отдельной клетки 58°C
• достигнута разница температур между клетками 7°C

Оба значения выходили за пределы целевого диапазона.

В случае низких температур, после 30 минут отопления, Средняя температура батареи достигла всего 15°C., что все еще было ниже требуемого рабочего порога.

Действия по оптимизации

Далее в отчете приводятся три изменения в дизайне:

1. Оптимизировать компоновку каналов жидкостного охлаждения.добавление охлаждающей ветки в центральной части модуля для улучшения отвода тепла в этой области.
2. Отрегулируйте положение нагревателя PTC. и использовать более распределенную компоновку, чтобы тепло распределялось более равномерно.
3. Измените опорный материал для более равномерной передачи тепла по модулю используется термосиликоновый материал с более высокой теплопроводностью.

Повторный запуск и окончательный результат

Оптимизированный результат соответствует целевому показателю:

• Максимальная температура элемента при быстрой зарядке снизилась до 52°C
• Разница температур между клетками снизилась до 4°C
• после 30 минут В случае низких температур средняя температура батареи повысилась до 22°C

В отчете говорится, что эти изменения улучшили равномерность распределения температуры и скорость нагрева, что, в свою очередь, обеспечивает безопасность и срок службы батареи.

Этот случай также показывает, почему анализ переходных процессов не является необязательным при работе с батареями. Динамика процесса во времени имеет такое же значение, как и конечное значение, особенно во время зарядки, запуска и контроля прогрева.

Как контроллер домена Ethernet проверяет возможность пассивного охлаждения для повышения плотности вычислительных ресурсов?

Третий случай в отчете касается контроллера домена Ethernet для транспортных средств. Автоматизированное вождение L2с использованием двухчиповый вычислительный модуль Nvidia. В отчете это рассматривается как нарастающая проблема, связанная с тепловым режимом, поскольку спрос на вычислительные ресурсы растет, плотность мощности модулей увеличивается вместе с ним, а естественное охлаждение уже не является надежным без моделирования.

Цель моделирования

Целью проектирования было:

• Суммарная мощность чипа при полной нагрузке: 40 Вт
• температура окружающей среды: 85°C
• Температура перехода микросхемы должна оставаться ниже 125°C
• Температура корпуса контроллера должна оставаться ниже 90°C
• Метод охлаждения должен оставаться естественная конвекция + излучение
• проектирование должно основываться на ребристая пассивная система охлаждения

Настройка модели и граничные условия

В отчете говорится, что модель включала в себя:

• корпус контроллера
• двойные чипы
• печатная плата
• ребра радиатора

Распределение материальных ресурсов происходило по ожидаемой схеме:

• Ребра радиатора: алюминиевый сплав
• чипсы: кремний
• Печатная плата: FR-4

Граничные условия были следующими:

• температура окружающей среды: 85°C
• скорость полета: 0,3 м/с
• Мощность каждого чипа: 20 Вт
• режим охлаждения: естественная конвекция + излучение
• Излучательная способность поверхности ребра: 0,8

Исследование параметров

В данном случае использовался параметрический анализ, а не только один расчетный цикл. В отчете говорится, что геометрия ребра изменялась следующим образом:

• Диапазон высоты плавников: от 20 мм до 40 мм
• Диапазон расстояния между ребрами: от 5 мм до 10 мм

На этапе постобработки сравнивалось распределение теплового потока в структуре ребер и температуры на границе раздела кристаллов при каждом варианте.

Лучший результат

Наилучшим решением было:

• высота плавника: 35 мм
• Расстояние между ребрами: 8 мм
• Температура перехода кристалла: 120°C
• температура корпуса: 88°C

Это соответствовало проектным целям.

В отчете также говорится, что сравнение с данными испытаний физического прототипа выявило ошибку моделирования в пределах 5%. Такой уровень корреляции — одна из причин, по которой команде удалось избежать повторных сборок тестов и сократить время разработки.

Каким образом Simcenter Flotherm взаимодействует с более широкой цепочкой инструментов для автомобильной промышленности?

В вашем отчете очень четко указано одно: Flotherm не следует рассматривать как изолированный инструмент для измерения тепловых характеристик. Это часть более широкого цикла автомобильной инженерии, объединяющего проектирование, моделирование, оптимизацию и проверку.

сотрудничество в области САПР-инструментов

В отчете говорится, что Flotherm бесперебойно работает с инструментами САПР, используемыми в автомобилестроении, такими как… CATIA и UG/NX.

Это обеспечивает прямой импорт для моделирования и позволяет переносить оптимизированные проектные значения обратно в механическую модель. В случае с блоком управления двигателем, после оптимизации геометрии ребер эти значения можно отправить обратно в модель CATIA, вместо того чтобы обновлять их вручную.

Совместная работа по системному моделированию

В отчете говорится, что компания Flotherm может сотрудничать с Simcenter Amesim Таким образом, тепловые характеристики, получаемые от электроники, могут быть соотнесены с общим состоянием работы автомобиля.

В качестве практического примера в отчете приводится управление тепловым режимом электромобиля. Результаты измерения температуры батареи и контроллера двигателя могут быть связаны с системой управления тепловым режимом автомобиля, например, с жидкостным охлаждением и тепловым потоком в салоне. В отчете приводится пример использования поведения температуры батареи во время зарядки и разрядки для регулирования потока охлаждающей жидкости в режиме реального времени и балансирования теплоотвода с потреблением энергии.

Тестирование сотрудничества

В отчете говорится, что результаты моделирования можно проверить, сопоставив их с измеренными данными, и уточнить путем калибровки. В нем также приводится следующее: T3ster В качестве примера для калибровки модели использовались тестовые данные.

В документе также говорится, что результаты моделирования могут помочь в составлении плана тестирования. Если в модуле батареи или модели ЭБУ обнаруживаются зоны перегрева, датчики температуры можно сначала разместить именно там. Это сокращает ненужные затраты на тестирование и снижает его стоимость.

сотрудничество в процессе разработки

В отчете компания Flotherm рассматривается в контексте всего цикла разработки автомобильной электроники:

• Этап разработки концепции: Используйте компактные тепловые модели для проверки вариантов охлаждения и сокращения времени оценки концепций.
• Этап детального проектирования: Перед выпуском проведите тепловые исследования на уровне платы и системы в целом, чтобы уточнить детали и устранить риски.
• Этап проверки в условиях массового производства: Проверьте, как такие технологические факторы, как точность пайки и зазор между радиатором и корпусом, влияют на тепловые характеристики, чтобы обеспечить стабильность качества выпускаемых деталей.

Какие технические преимущества и инженерную ценность приписывает компании Flotherm данный отчет?

Последний важный раздел вашего отчета описывает как технические преимущества, так и инженерную ценность. Я сохраняю эти утверждения в полном объеме, поскольку они соответствуют поисковому запросу, указанному в статье, и являются частью позиционирования продукта в исходном материале.

Технические преимущества

1) Высокая точность
В отчете говорится, что компания Flotherm использует усовершенствованный решатель CFD и интеллектуальное построение сетки, и что погрешность моделирования может быть ограничена определенными пределами. 5%. В описании также говорится, что платформа поддерживает многомасштабные и многофизические тепловые расчеты, от уровня корпуса микросхемы до целых электронных систем автомобиля.

2) Высокая эффективность
В отчете говорится, что библиотека автомобильных моделей и интеллектуальные инструменты моделирования сокращают время настройки модели. Также отмечается, что интеллектуальное построение сетки в сочетании с решателем может ускорить сложные исследования. более 30% по сравнению с традиционными инструментами моделирования.

3) Высокая инженерная пригодность для работы в автомобильной отрасли.
В отчете говорится, что программное обеспечение включает в себя функции, разработанные специально для автомобильной электроники, в том числе функции, специфичные для печатных плат, моделирование тепловых процессов в системе питания и батареи, моделирование загрязнений и влажности, а также интеграцию инструментария с другими распространенными инструментами для автомобильной промышленности.

4) Простота использования для местных команд
В отчете говорится, что интерфейс на китайском языке подходит для отечественных инженеров, а возможности настройки рабочих процессов и визуализации данных адаптированы под эту категорию пользователей. Также отмечается наличие встроенных шаблонов и библиотек кейсов для автомобильной промышленности, что позволяет инженерам повторно использовать стандартные настройки и работать быстрее.

Инженерная ценность

1) Более короткий цикл разработки
В отчете говорится, что точное моделирование тепловых процессов на ранних стадиях может сократить расчетный цикл тепловыделения для автомобильных электронных компонентов на от 40% до 60% потому что команды выявляют термический риск на ранней стадии и сокращают количество повторных проверок образцов.

2) Более низкая стоимость разработки
В отчете говорится, что компания Flotherm может сократить затраты, связанные с проектированием систем теплоснабжения, на более 30% за счет сокращения количества физических образцов, уменьшения количества тестовых циклов и оптимизации элементов, отводящих тепло, таких как ребра и вентиляторы.

3) Повышение надежности продукции
В отчете говорится, что более жесткий контроль температуры снижает риск тепловой перегрузки и теплового разгона, продлевает срок службы и уменьшает частоту отказов в эксплуатации. В нем также приводится пример с батареей, где указывается, что после оптимизации температурного режима срок службы батареи может увеличиться на от 15% до 20% при этом риск теплового разгона снижается.

4) Более эффективная поддержка новых технологий
В отчете говорится, что Flotherm удовлетворяет потребности в расчете тепловых характеристик высокопроизводительных автомобильных чипов и более интегрированных электронных систем. L3 и выше платформы автоматизированного вождения и 800 В высоковольтные архитектуры.

Почему это становится еще более важным по мере того, как автомобили становятся все более электрическими и все больше управляются программным обеспечением?

В заключение отчета вся тема возвращается к более масштабной тенденции развития автомобильной отрасли. По мере того, как автомобили становятся все более электрическими и интеллектуальными, бортовая электроника берет на себя все большую нагрузку, а удельная мощность и тепловая нагрузка растут вместе с ней.

Это поднимает планку для термоинструмента по трем направлениям:

• точность
• скорость
• инженерная совместимость

Основной тезис отчета заключается в том, что Simcenter Flotherm удовлетворяет эту потребность благодаря передовой технологии решателя, функциям, разработанным специально для автомобильной отрасли, и более тесному взаимодействию инструментов. Затем на примерах ЭБУ, аккумуляторного модуля и контроллера домена демонстрируется, как это преимущество проявляется в реальной инженерной работе: более короткие циклы, меньшая стоимость и более надежное оборудование.

С точки зрения программы, это и есть главный вывод. Термообрабатывающий инструмент оправдывает себя, когда позволяет вносить изменения в конструкцию на достаточно ранних этапах, что экономит время, средства и снижает риски. Именно это и утверждается в данном отчете.

Часто задаваемые вопросы инженеры чаще всего задают о Simcenter Flotherm для моделирования тепловых процессов в автомобильной промышленности.

1) Что такое Simcenter Flotherm и какие тепловые проблемы он может решить?

Краткий ответ: Это инструмент CFD для систем охлаждения электроники от Siemens, используемый для прогнозирования теплового поведения электронных компонентов, от корпусов интегральных схем и печатных плат до корпусов и более крупных систем, как в стационарном, так и в нестационарном режимах.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

В автомобильном тепловом проектировании инженеры часто упоминают Flotherm, поскольку он помогает им прогнозировать распределение тепла на ранних стадиях, выявлять очаги перегрева, сравнивать варианты охлаждения и сокращать количество проб и ошибок. Он используется, когда команде необходимы рекомендации по тепловому режиму до того, как изменения в конструкции на поздних этапах станут дорогостоящими. На официальных страницах продуктов Siemens он описывается как часть рабочего процесса разработки электроники, поддерживающая принятие решений на основе моделирования, начиная с ранней архитектуры и заканчивая окончательной тепловой проверкой.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

2) Как пользователям следует импортировать модели CAD или CAE, и что им следует делать, если импорт модели не удался?

Краткий ответ: Начните с чистой модели, используйте поддерживаемый формат, удалите некритичные детали, а затем проверьте настройку материала и граничных условий после импорта. Многие ошибки импорта связаны с проблемами геометрии, а не с проблемами решателя.basicae.com)

В предоставленном вами разделе часто задаваемых вопросов освещается практическая проблема, с которой многие пользователи столкнулись на начальном этапе: 3D-модель импортируется в Flotherm, но отображает поврежденную геометрию, отсутствующие элементы или проблемы с отображением. В рекомендациях сторонних разработчиков Flotherm говорится, что инструмент поддерживает распространенные 3D-форматы, такие как… ШАГ, ИГЕС, и STLи рекомендует упростить модель перед импортом. Тот же источник также указывает на Конвертер Flotherm Для преобразования формата и с учетом того, что очистка геометрии может устранить многие препятствия при импорте. После импорта пользователям все еще необходимо правильно задать свойства материала и граничные условия, иначе результат тепловых расчетов будет ненадежным.basicae.com)

3) Как Flotherm обрабатывает сетку, и действительно ли сетка влияет на скорость и точность моделирования?

Краткий ответ: Да. Стратегия построения сетки является одним из важнейших факторов как на время выполнения, так и на качество результата, и структурированная декартова сетка Flotherm — одно из его основных преимуществ.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

В предоставленном вами разделе часто задаваемых вопросов говорится, что пользователи часто сталкиваются с трудностями, когда плохое построение сетки замедляет или делает нестабильным процесс решения. В официальных материалах Siemens говорится, что Flotherm использует быструю и надежную декартову сетку, и что объекты, связанные со SmartPart, не требуют полного перестроения сетки при изменении положения или ориентации детали. В вашем отчете также упоминается автомобильная промышленность: плотная локальная сетка должна располагаться там, где температурный градиент наиболее силен, например, на микросхемах, горячих точках печатных плат и элементах питания, в то время как области с меньшим риском остаются более крупными. Это правильный баланс между стоимостью решения и точностью результата. В статье SegmentFault об использовании Flotherm также рассматривается стратегия построения сетки как важный фактор, определяющий скорость и точность.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

4) Может ли Simcenter Flotherm выполнять нестационарный тепловой анализ, и когда требуется нестационарный анализ вместо анализа стационарного состояния?

Краткий ответ: Да. Используйте установившийся режим, когда нагрузка стабильна, и переходный режим, когда температура изменяется со временем, например, при быстрой зарядке, запуске, остановках и запусках или прогреве при низкой температуре.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

Это один из самых практических вопросов в работе с транспортными средствами. В предоставленном вами разделе часто задаваемых вопросов (FAQ) это различие определено правильно. Стабильного теплового поля достаточно для многих фиксированных условий эксплуатации, но динамические процессы в транспортном средстве требуют учета как временной зависимости, так и конечной температуры. Пример с аккумуляторным модулем в вашем отчете является наиболее наглядным доказательством. В исследованиях быстрой зарядки и низкотемпературного нагрева пришлось использовать моделирование переходных процессов, поскольку целевая задача зависела от изменения температуры во времени, а не только от конечного состояния. На официальных страницах Siemens также указан анализ переходных тепловых процессов как стандартная функция.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

5) Может ли Flotherm интегрироваться с такими инструментами, как Simcenter Amesim и 3D CAD, или его необходимо использовать отдельно?

Краткий ответ: Оно может работать как часть более широкого рабочего процесса. Это одно из его главных преимуществ для автомобильных команд.training.plm.automation.siemens.com)

В предоставленных вами часто задаваемых вопросах поднимается важный для реальных программ вопрос: работает ли Flotherm автономно или может взаимодействовать с другими инструментами проектирования и моделирования? Ваш отчет и общедоступные материалы Siemens указывают в одном направлении. Flotherm поддерживает рабочие процессы MCAD и EDA, работает с импортом данных CAD и может взаимодействовать с более широкой средой Simcenter. В вашем отчете в качестве примеров приводится сотрудничество с Simcenter Amesim, Simcenter 3D, инструменты САПР, такие как CATIA и UGи обмен моделями посредством XTXML с Simcenter Flotherm XT. Это сокращает объем повторной работы и позволяет использовать результаты тепловизионных исследований в разных командах.training.plm.automation.siemens.com)

Примечание автора

Джонни Лю — генеральный директор компании Dowway Vehicle. Данная статья написана в формате технического обзора на основе предоставленного инженерного отчета и проверена на соответствие текущим общедоступным материалам Siemens о продуктах, обучении и релизах, где важна была формулировка, касающаяся возможностей продукта. На текущих страницах Siemens Flotherm позиционируется как инструмент CFD для охлаждения электроники с функциями SmartParts, компактным тепловым моделированием, обработкой EDA и MCAD, анализом переходных процессов, быстрым построением декартовой сетки и интеграцией рабочих процессов, что подтверждает используемую здесь концепцию.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)

Внешние ссылки

• Сименс, Simcenter Flotherm. Доступно 13 марта 2026 г.Программное обеспечение Siemens Digital Industries)
• Академия Siemens Xcelerator, Введение в Simcenter Flotherm. Доступно 13 марта 2026 г.training.plm.automation.siemens.com)
• Блог Siemens Simcenter, Что нового в Simcenter Flotherm 2504?. Доступно 13 марта 2026 г.Сеть блогов Siemens)
• Блог Siemens Simcenter, Что нового в Simcenter Flotherm 2510?. Доступно 13 марта 2026 г.Сеть блогов Siemens)
• Центр поиска Google. Функции ИИ и ваш веб-сайт, Влияние на ссылки в заголовках, и Управляйте своими фрагментами в результатах поиска.. Доступно 13 марта 2026 г.Google для разработчиков)

---