我們可以發(fā)現(xiàn)，最近幾年路上跑的新能源汽車越來越多，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及國內(nèi)政策的驅(qū)動下，我國的新能源汽車及其相關(guān)的產(chǎn)業(yè)得到飛速的發(fā)展。動力電池是電動汽車的重要組成部分，其性能優(yōu)劣直接制約整車動力性、安全性和經(jīng)濟性。動力電池能量密度決定電動汽車續(xù)駛里程，功率密度決定最大爬坡度及最高車速，循環(huán)壽命和成本影響整車成本和使用經(jīng)濟性，動力電池的電/熱安全性和環(huán)境適應(yīng)性，是決定電動汽車整車安全性和環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)鍵因素。

電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是應(yīng)對電池的熱相關(guān)問題，保證動力電池使用性能、安全性和壽命的關(guān)鍵技術(shù)之一。熱管理系統(tǒng)的主要功能包括：在電池溫度較高時進行有效散熱，防止產(chǎn)生熱失控事故；在電池溫度較低時進行加熱，提升電池溫度，確保低溫下的充電、放電性能和安全性；另外就是減小電池組內(nèi)的溫度差異，抑制局部熱區(qū)的形成，避免高溫或低溫狀態(tài)下使用電池以防止電池包壽命過快衰減。那么我們?nèi)绾瓮ㄟ^Amesim系統(tǒng)仿真軟件實現(xiàn)對電池包熱管理相關(guān)的性能進行設(shè)計及預(yù)測呢？今天借著這個機會，分享一些電池?zé)峁芾矸抡嫦嚓P(guān)的內(nèi)容。

首先，我們要知道以下幾種典型的EV車型的熱管理架構(gòu)，不同的架構(gòu)，對應(yīng)了不同的電池包熱管理方式，其仿真建模的方式也不相同，目前風(fēng)冷仿真已經(jīng)過時，主流熱管理技術(shù)為chiller水冷，隨著高倍率充電的要求，冷媒直冷技術(shù)逐漸被越來越多工程師采用，一般高端車型會考慮采用熱泵系統(tǒng)。

幾種典型的EV車型的熱管理架構(gòu)

對于電池包熱管理，分為電池包內(nèi)的部件級熱管理和含有電池包內(nèi)不和外部的系統(tǒng)及熱管理。通常，對于電池包內(nèi)的熱管理性能仿真，一般用STAR CCM+進行三維CFD仿真,對于整個電池包熱管理系統(tǒng)，通常使用Amesim進行一維系統(tǒng)仿真。本文，將主要介紹基于Amesim的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)仿真。常規(guī)的分析步驟為：

仿真內(nèi)容規(guī)劃，如：計劃一下需要做哪些工況的分析，是否帶電池?zé)峁芾砜刂撇呗?，電池模型的詳細程度，即電池模型是直接用一個電池模型代替整包呢還是要將所有電芯都搭建出來，是否要耦合STAR CCM+,或者考慮使用STAR CCM+的三維降階模型。

在完成仿真內(nèi)容規(guī)劃后，可以考慮進行基礎(chǔ)電池?zé)峁芾砟Ｐ湍Ｐ痛罱?，該模型主要用來評估在沒有熱管理介入的情況下，電池包在特定工況下的熱力學(xué)、電學(xué)表現(xiàn)。

電池充電模型

充電過程仿真結(jié)果

該模型的電芯模型是通過BDS軟件定義的電芯，充電策略為常見的先恒壓后恒流充電策略。在實際項目中，可以根據(jù)實際充電MAP進行充電，或者根據(jù)相關(guān)控制策略進行充放電。

下圖中是某熱銷車型的電池包模結(jié)構(gòu)，一號模塊和四號模塊有11個模組，二號和三號模塊有13個模組，整個電池包有4816個電芯。

某車型電池包結(jié)構(gòu)

在確定了電池包的結(jié)構(gòu)成組成后，可以通過電池標定工具修改電芯參數(shù)，然后搭建電芯的熱模型。由于該電池包有4816個單體電芯，由于電芯數(shù)量太多，如果把每個電芯都搭建出來，是非常不科學(xué)的行為，所以，這里使用模組為一個單元進行模型搭建。

成組后的電池模型如下圖。

成組后的電池模型

當按照最大充電倍率2C來充電，其功率大約為150 KW,當SOC達到75%后，逐漸減少充電倍率，電池包的冷卻流量為30 L/Min，入口水溫為25℃。

電池包電壓電流結(jié)果

該工況下，電池包內(nèi)各個模組的溫度變化如下，一號和四號模塊的最高溫為37攝氏度，該時刻的最低溫度為27攝氏度，二號和三號模塊最高溫度為39攝氏度，該時刻最低溫度為27攝氏度，由此可以得出，整包的溫差為12攝氏度。

電池包溫度變化

類似下圖中的這種軟包電芯該如何進行其熱管理性能仿真呢？前面用的那種思路就不太適合這種電池包冷卻仿真了。

某軟包電芯及熱管理結(jié)構(gòu)

下面就來介紹如何搭建，首先將電芯離散為6部分，不同部分用導(dǎo)熱原件連接，并建立超級元件，使用超級元件的方式可以方便后續(xù)的建模操作，或者電池包整包模型搭建。

軟包電芯固體質(zhì)量塊模型

水冷板模型及等效原理如下圖，其分為水冷板水路模型和導(dǎo)熱模型

水路模型

導(dǎo)熱模型

對于電芯模型，可以使用前面介紹的方式來定義，最終，完整的熱管理單元模型如下：

完整熱管理單元模型

接下來，為模型定義邊界條件和設(shè)定工況，工況為：從40%SOC用2C的充電倍率給電芯充電，充電至100%，冷卻液流量為0.05L/min，進口水溫30攝氏度。

最后，仿真結(jié)果如下

仿真結(jié)果

我們可以從上圖得出以下結(jié)果，在整個充電過程中，最高溫度出現(xiàn)在C02上，最高溫度為34.5攝氏度，最大溫差為1.6攝氏度。

電池?zé)峁芾硇阅艹伺c電池?zé)峁芾聿考膿Q熱性能有關(guān)，還與控制策略相關(guān)，如果在電池包樣件及控制器樣件生產(chǎn)出來再進行熱管理性能評估，一旦熱管理性能不能滿足要求，則有可能會需要產(chǎn)品工程師進行設(shè)計變更，甚至?xí)?dǎo)致項目延期，那么如何將二者在早期的設(shè)計過程中有機的結(jié)合起來從而避免設(shè)計變更或者項目延期呢？一般可以通過模型在環(huán)（MIL）及硬件在環(huán)（HIL）進行性能測試。

控制器開發(fā)V模型

前面介紹了電池包熱管理模型的搭建，在模型具有一定精度基礎(chǔ)后，有一定功底的電池?zé)峁芾砉こ處煏ㄟ^Amesim的控制庫、Statechart或其它軟件搭建控制邏輯模型，然后對帶有控制策略的熱管理模型進行仿真分析，并通過策略或者參數(shù)的調(diào)整，使電池包的溫度處于合理的溫度區(qū)間，使整包的電芯間溫差減少，此時可能還需要考慮熱管理系統(tǒng)本身的能耗，最終制定出一個綜合性能比較熱管理控制策略。在控制策略開發(fā)達到一定程度，就可以進入到HIL開發(fā)階段，可以考慮使用電池包+虛擬控制器，電池包模型+控制器，或者電池包+控制器中的一種或多種手段進行硬件在環(huán)的測試，排除控制策略中的一些問題。

下圖中的模型為在Amesim中搭建熱管理模型，包括電池包詳細模型、整車熱管理模型、充放電（電池負載）模型、以用控制庫及Statechart搭建的控制模型

Ameism熱管理模型

技術(shù)展望：通過三維star ccm+進行整包的流場及溫度場仿真，其熱負荷來自Amesim的電池包電學(xué)模型，再通過模型降階的方式將三維star ccm+模型進行降階，這樣便可以得到一個精度很高的溫度模型，再配合上Amesim中的整車其它熱管理系統(tǒng)、電機、電控、車輛、乘員艙及控制相關(guān)等模型進行整車更多屬性的模擬分析及優(yōu)化。