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新能源汽車動力電池包生熱量仿真分析

2020-06-25 11:20:37·  來源：電動學(xué)堂  
　
前言新能源汽車由于布置空間限制，經(jīng)常會出現(xiàn)電芯堆疊過密的問題，進(jìn)而會導(dǎo)致電池包內(nèi)部熱量堆積。因此針對電池包的熱防護(hù)設(shè)計(jì)在整車熱管理中至關(guān)重要。車型開發(fā)
前言
新能源汽車由于布置空間限制，經(jīng)常會出現(xiàn)電芯堆疊過密的問題，進(jìn)而會導(dǎo)致電池包內(nèi)部熱量堆積。因此針對電池包的熱防護(hù)設(shè)計(jì)在整車熱管理中至關(guān)重要。
 
車型開發(fā)過程中，電池包環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)需要待樣件制作完成后才可進(jìn)行，且實(shí)驗(yàn)成本高、實(shí)驗(yàn)周期長；本文通過仿真的方法可以最大限度的節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，縮短開發(fā)周期。
 
1 戴維南單體電池模型
本文采用Thevenin模型，包含一個電壓源和一個RC并聯(lián)電路R1和C1構(gòu)成的回路用來模擬電池的動態(tài)過程，這種模型考慮到了電動勢與SOC之間的關(guān)系在電池?zé)岱治鲋袘?yīng)用較為廣泛。
其中Voc_bat-電動勢Ubat-端電壓Ibat-電路電流Rs-等效電阻R1-等效極化內(nèi)阻C1-等效極化電容。
 
2 電池單體模型參數(shù)
仿真過程中電池單體參數(shù)的輸入準(zhǔn)確度直接影響到最終
發(fā)熱量的計(jì)算準(zhǔn)確度，對于等效RC模型中的等效電阻、等效極化內(nèi)阻、等效極化電容均通過測試的方法來獲取。
將按國標(biāo)要求充滿電的電池，在國標(biāo)規(guī)定的時間和溫度條件下，在環(huán)境倉中靜置，結(jié)合Arbin等電池綜合性能實(shí)驗(yàn)臺，按照Freedom CAR Power Assist Battery Test Manual中HPPC的測試獲取如圖2所示參數(shù)：
 
鋰離子電池荷電狀態(tài)的變化將引起電解液的導(dǎo)電能力及鋰離子濃度變化，本文依次在SOC：100%、90%、80%...20%、10%下共10個SOC狀態(tài)點(diǎn)完成HPPC工況下的充放電性能測試紀(jì)錄電池單體在正反脈沖作用下的端電壓變化，并計(jì)算此時電池內(nèi)組值。
溫度也是影響鋰電池內(nèi)阻變化的關(guān)鍵因素，電池廠商一般建議電池工作在25℃與40℃直接，因此本文選取25℃與40℃兩個溫度點(diǎn)進(jìn)行測試。
 
3 仿真模型
根據(jù)戴維南單體電池模型，考慮本文電池包模型圖1所示：
 
圖3所示等效單體電池模型中相關(guān)參數(shù)按照如下公式進(jìn)行計(jì)算：
 
a.充放電功率：
 
b.等效單體電池模型端電壓：
 
c.單體電池一階RC電路運(yùn)算關(guān)系：
 
d.單體電池發(fā)熱量：
 
模型中考慮溫度為電芯所處的環(huán)境溫度，工況充放電電流均來源于整車模型仿真上游輸入。
4 結(jié)果分析
4.1 25℃和40℃20個NEDC工況
 
4.2 25℃和40℃23個FTP72工況
 
4.3 25℃40℃11個HWFET工況
 
5 結(jié)論
根據(jù)仿真結(jié)果，該電芯SOC變化不同溫度下變化趨勢大體相同，電芯再高溫環(huán)境中產(chǎn)熱量更大，低SOC狀態(tài)下比高SOC狀態(tài)下產(chǎn)熱量有明顯增加。
通過熱源對于新能源車型，進(jìn)行電池包發(fā)熱仿真分析，可在前期給出該電芯產(chǎn)熱趨勢以及不同溫度對其的生熱量的影響，并且可以充分評估該電芯搭載不同車型和在不同工況下的表現(xiàn)，更重要的，該仿真分析可以給后續(xù)相關(guān)電池包模組及整包級的仿真提供較為準(zhǔn)確的熱源輸入。進(jìn)而在樣車試制前進(jìn)行電芯堆疊以及冷卻方式提供先期設(shè)計(jì)指導(dǎo)，從而達(dá)到節(jié)約開發(fā)時間，節(jié)省實(shí)驗(yàn)費(fèi)用的目的。
 
 
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