典型新能源汽車電池熱管理系統(tǒng)介紹

新能源汽車電池包是有多顆電芯組合而成的，而且電池在進行充放電工作的時候，化學反應(yīng)下會產(chǎn)生熱量，不做熱量疏散的話，會嚴重影響電池組的工作性能，甚至會引發(fā)熱失控導致電池過熱引起自燃爆炸的危險，所以新能源汽車電池會專門做有電池熱管理系統(tǒng)，那么電池熱管理系統(tǒng)是怎么樣工作的呢？

電池作為電動汽車上裝載電池組的主要儲能裝置，是混動/電動汽車的關(guān)鍵部件，其性能直接影響混動/電動汽車的性能。目前電池普遍存在比能量和比功率低、循環(huán)壽命短、使用性能受溫度影響大等缺點。由于車輛空間有限，電池工作中產(chǎn)生的熱量累積，會造成各處溫度不均勻從而影響電池單體的一致性。從而降低電池充放電循環(huán)效率，影響電池的功率和能量發(fā)揮，嚴重時還將導致熱失控，影響系統(tǒng)安全性與可靠性。為了使電池組發(fā)揮最佳的性能和壽命，需要對電池進行熱管理，將電池包溫度控制在合理的范圍內(nèi)。

電池熱管理系統(tǒng)的主要功能包括：電池溫度的準確測量和監(jiān)控；電池組溫度過高時的有效散熱；低溫條件下的快速加熱；保證電池組溫度場的均勻分布；電池散熱系統(tǒng)與其他散熱單元的匹配。

電池包的冷卻有風冷和液冷兩種方式。研究表明風冷方式易實現(xiàn)，但電池包溫度梯度變化較大，不利于電池穩(wěn)定工作。通過冷卻液與空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑進行換熱的液冷方式逐漸成為主流。對新能源汽車電池熱問題的科學管理，需要考慮多個系統(tǒng)的相互影響。各系統(tǒng)之間的影響，電池包冷卻與汽車空調(diào)系統(tǒng)、電機冷卻系統(tǒng)、發(fā)動機冷卻系統(tǒng)等多個系統(tǒng)存在不同程度的耦合。這樣在做電池系統(tǒng)溫度控制策略、熱管理時就要同時分析與其他系統(tǒng)的影響關(guān)系。

電池熱管理系統(tǒng)解決方案

為了解決電池熱管理中，流體系統(tǒng)之間復雜的耦合系，可以采用Dymola軟件的蒸發(fā)循環(huán)庫、液冷庫、電池庫等搭建一維仿真模型。去模擬整個模型系統(tǒng)，分析不同系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系，從而實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的化控制。

Dymola軟件具有豐富的模型庫，采用基礎(chǔ)庫與商業(yè)庫可以方便的搭建電池熱管理系統(tǒng)。蒸發(fā)循環(huán)庫涵蓋了市面上幾乎所有主流的制冷劑，有著精確的兩相流模型和根據(jù)結(jié)構(gòu)建模的換熱器模型；考慮元件生熱和溫度對元件電氣性能影響的電阻、二極管、晶閘管、電機等基礎(chǔ)元件模型；具有熱容、熱傳導、對流、輻射、溫度、熱流邊界條件等的傳熱元件模型；可用于電池液流管路建模、部件選型、系統(tǒng)性能研究的液冷庫中包括管路、控制閥、恒溫閥、泵、風機、換熱器、膨脹箱等模型；考慮電池單體的差異和溫度對電池容量、外特性影響的Modelon電池庫，可用于分析電池的電、熱、壽命等方面的特性。

對于電池熱管理而言，控制系統(tǒng)是必不可少。Dymola基礎(chǔ)庫中包含用于控制、邏輯建模的模型庫，可用于搭建控制系統(tǒng)。另外也可以通過FMI接口導入控制模型對應(yīng)的FMU通過Simulink搭建控制律模型，并將模型轉(zhuǎn)為FMU導入Dymola中，可與電池系統(tǒng)模型、加熱/冷卻系統(tǒng)模型進行聯(lián)合仿真。

采用Dymola軟件提供的蒸發(fā)循環(huán)庫，可搭建熱管理系統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)模型；采用Dymola軟件中的液冷庫可以搭建電池冷卻循環(huán)、發(fā)動機冷卻循環(huán)和功率電子元件冷卻循環(huán)等；采用Dymola軟件中的電池庫可以搭建電機、電池等組成的電池驅(qū)動系統(tǒng)。蒸發(fā)循環(huán)庫、液冷庫及其他模型庫可以無縫連接組成大系統(tǒng)，便于熱管理模型系統(tǒng)仿真分析。Dymola還可搭建控制算法，同時其也可以通過Simulink接口，調(diào)用Matlab/Simulink軟件的控制算法，實現(xiàn)熱管理系統(tǒng)控制模型與仿真物理模型之間的聯(lián)合仿真，用于控制策略的設(shè)計、驗證，使工程師更好的設(shè)計熱管理系統(tǒng)模型。

采用Dymola一維仿真軟件可以完成仿真模型系統(tǒng)搭建與仿真分析。所搭建模型既可以用于模型匹配設(shè)計、元件選型也可以用于系統(tǒng)仿真進行模型系統(tǒng)能量分配分析。還可以作為仿真模型可以提升工程師對系統(tǒng)性能的理解，作為被控對象用于控制策略設(shè)計、驗證控制模型的準確度及控制效果。