电池热管理系统设计

　　电池热管理的主要功能包括：电池温度的准确测量和监控;电池组温度过高时的有效散热;低温条件下的快速加热;保证电池组温度场的均匀分布;电池散热系统与其他散热单元的匹配。

　　图1 电池热管理关系图

　　电池包的冷却有风冷和液冷两种方式。研究表明风冷方式易实现，但电池包温度梯度变化较大，不利于电池稳定工作。通过冷却液与空调系统的制冷剂进行换热的液冷方式逐渐成为主流。对新能源汽车电池热问题的科学管理，需要考虑多个系统的相互影响。各系统之间的影响关系如图 1所示，电池包冷却与汽车空调系统、电机冷却系统、发动机冷却系统等多个系统存在不同程度的耦合。这样在做电池系统温度控制策略、热管理时就要同时分析与其他系统的影响关系。

　　解决方案

　　为了解决电池热管理中，流体系统之间复杂的耦合系，可以采用Dymola软件的蒸发循环库、液冷库、电池库等搭建一维仿真模型。去模拟整个模型系统，分析不同系统之间的耦合关系，从而实现对复杂系统的化控制。

　　图2 Dymola 模型库

　　Dymola软件具有丰富的模型库，采用基础库与商业库可以方便的搭建电池热管理系统。蒸发循环库涵盖了市面上几乎所有主流的制冷剂，有着精确的两相流模型和根据结构建模的换热器模型;考虑元件生热和温度对元件电气性能影响的电阻、二极管、晶闸管、电机等基础元件模型;具有热容、热传导、对流、辐射、温度、热流边界条件等的传热元件模型;可用于电池液流管路建模、部件选型、系统性能研究的液冷库中包括管路、控制阀、恒温阀、泵、风机、换热器、膨胀箱等模型;考虑电池单体的差异和温度对电池容量、外特性影响的Modelon电池库，可用于分析电池的电、热、寿命等方面的特性。

　　对于电池热管理而言，控制系统是必不可少。Dymola基础库中包含用于控制、逻辑建模的模型库，可用于搭建控制系统。另外也可以通过FMI接口导入控制模型对应的FMU通过Simulink搭建控制律模型，并将模型转为FMU导入Dymola中，可与电池系统模型、加热/冷却系统模型进行联合仿真。

　　图3 控制系统模型

　　采用Dymola软件提供的蒸发循环库，可搭建热管理系统的空调系统模型;采用Dymola软件中的液冷库可以搭建电池冷却循环、发动机冷却循环和功率电子元件冷却循环等;采用Dymola软件中的电池库可以搭建电机、电池等组成的电池驱动系统。蒸发循环库、液冷库及其他模型库可以无缝连接组成大系统，便于热管理模型系统仿真分析。Dymola还可搭建控制算法，同时其也可以通过Simulink接口，调用Matlab/Simulink软件的控制算法，实现热管理系统控制模型与仿真物理模型之间的联合仿真，用于控制策略的设计、验证，使工程师更好的设计热管理系统模型。

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