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電池包溫控策略模擬

2020-05-04 23:04:51·  來源：STAR CCM Online  
　
一、背景電動車成敗除了電池本身性能外，電池管理系統(tǒng)(BatteryManagement System, BMS)與電能管理系統(tǒng)(Energy ManagementSystem, EMS)也是最關(guān)鍵核心技術(shù)。BMS是
一、背景
電動車成敗除了電池本身性能外，電池管理系統(tǒng)(BatteryManagement System, BMS)與電能管理系統(tǒng)(Energy ManagementSystem, EMS)也是最關(guān)鍵核心技術(shù)。BMS是對電池進(jìn)行管理的系統(tǒng)，通常具有量測電池電壓的功能，防止或避免電池過放電、過充電、過溫度…等異常狀況出現(xiàn)。透過BMS系統(tǒng)可將電池資訊傳送至EMS來進(jìn)行整車能量管理，結(jié)合適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，達(dá)到有效且高效使用電池的目的。在新能源汽車研發(fā)工程師使用STAR-CCM+軟件對電池性能進(jìn)行電化學(xué)/熱流模擬，同時有需要實現(xiàn)溫控策略模擬。本報告擬介紹電池溫度監(jiān)控，自動控制電池發(fā)熱源策略，符合BMS/EMS管理系統(tǒng)需求。

二、研究目的
在本研究中，擬實現(xiàn)電池包充放電時發(fā)熱源控制策略:
(1)電池包最高溫 < 30 ℃時, 電池包發(fā)熱功率 100 W;
(2)電池包最高溫 ≧30 ℃時, 電池包發(fā)熱功率 30 W;
 
三、研究方法
對電池包進(jìn)行熱仿真，初始溫度28 ℃，為簡化問題只對電池包進(jìn)行熱傳導(dǎo)模擬。本問題關(guān)鍵技術(shù)在如何提取當(dāng)前(或上一步)時間步溫度為判定條件，實現(xiàn)電池包發(fā)熱功率控制策略。
1.    STAR-CCM+ 可獲得當(dāng)前(Current)溫度統(tǒng)計監(jiān)測值;
2.    軟件無法直接提供上一步(Old)溫度統(tǒng)計監(jiān)測值。我們可間接藉由向后移動平均(Report Statistic mean of Last N samples )，方法如下:
（ 1） 在 Reports,  選取  Statistic Report
（2）Statistic: mean
（3）Sample collection policy:Last N Samples
（4）Monitor:  選取當(dāng)前 (Current) 溫度統(tǒng)計監(jiān)測值
（5）Sample Count( 平均樣本數(shù)) :  設(shè)定為 1 。
 
*補充: ReportStatistic mean of Last N samples(向后移動平均)
10個依序數(shù)據(jù)數(shù)列[X1,X2,X3,X3,X4,X5,X6,…X10]=[1,2,3,4,5,6,…10]
Case 1: 選取平均樣本數(shù)為1
當(dāng)下數(shù)據(jù)是X2，在此時選取平均樣本數(shù)為1的向后移動平均為X1。
當(dāng)下數(shù)據(jù)是X3，在此時選取平均樣本數(shù)為1的向后移動平均為X2。
 
 
Case 2: 選取平均樣本數(shù)為2
當(dāng)下數(shù)據(jù)是X3，在此時選取平均樣本數(shù)為2的向后移動平均為：
1/2*Sum (X1:X2)。
當(dāng)下數(shù)據(jù)是X4，在此時選取平均樣本數(shù)為2的向后移動平均為：
1/2*Sum (X2:X3)。
Case 3: 選取移動平均樣本數(shù)為5
當(dāng)下數(shù)據(jù)是X6，在此時選取平均樣本數(shù)為5的向后移動平均為：
1/5*Sum (X1:X5)。
當(dāng)下數(shù)據(jù)是X7，在此時選取平均樣本數(shù)為5的向后移動平均為：
1/5*Sum (X2:X6)。
3.熱源設(shè)定步驟如下:
(1)  在Tools/ Parameter設(shè)定: 初始溫度(Init_Temp), 觸發(fā)控制溫度(Temp_Trig), 高發(fā)熱熱源(Heatsource_H), 低發(fā)熱熱源(Heatsource_L)
 
(2)  在Tools/Field Function: 定義Heatsource:
 
(3)  在Regions設(shè)定發(fā)熱功率源項：
 
四、結(jié)果
根據(jù)監(jiān)測溫度觸發(fā)，電池包熱源自動轉(zhuǎn)換。
 
五、討論
1.   本方法可應(yīng)用于電池包風(fēng)冷/液冷流量管理。電池主要供應(yīng)電動車動力能量，行駛里程數(shù)是主要考量因素。對于電池包熱管理冷卻也需要控制策略，達(dá)到電池安全與經(jīng)濟(jì)的多目標(biāo)需求。
2.   在建筑暖通(HVAC)模擬溫控器（Thermostat）操作也可以適用。
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