CN108984955A - 电动车电池包温度管理分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动车电池包温度管理分析方法，包括：步骤S1，水冷电池包分析，具体包括S11～S14：步骤S11，前端冷却模块集成仿真；步骤S12，三维整车热管理系统校核；步骤S13，空调系统和电池包一维、二维和三维集成仿真；步骤S14，降温系统验证，所述降温系统包括电池冷却模块、客舱模块和前端模块；步骤S2，自然风冷电池包瞬态分析，具体包括：获取电池包的几何数据和性能参数，采用ANSA、RADTHERM、CCM+搭建电池包一维模型、电池包二维和/或三维模型，采用多轮仿真优化计算，获得自然风冷下电池包热管理性能。本发明能够有效的规避电池包前期设计的风险问题，延长电池包的使用寿命，给主机厂提供一个高效的规范设计流程。
Description
技术领域
本发明涉及电动车技术领域，特别是涉及一种电动车电池包温度管理分析方法。
背景技术
随着人民生活水平的快速提高，汽车已经成为人们出行、货运等不可或缺的交通工具之一。同时，面对日趋严重的能源短缺与环境恶化问题，纯电动汽车因具有低能耗、零排放、低噪音、高能源利用率、结构简单以及易于维修等优点，受到广泛关注，是目前汽车行业发展的方向。
电池包是电动车的核心部件，电池包的性能以及工作情况直接影响电动车的行驶性能以及驾驶安全。电池包在长期工作状态，温度升高，会影响电池包的性能以及工作情况，因此需要在电动车设计阶段对电池包的温度管理情况进行分析验证，以确认后续整车的行驶性能以及驾驶安全，但目前没有相关电池包温度管理计算分析方法，影响了电池包温度管理的评估，存在设计风险。
发明内容
为此，本发明的目的在于提出一种电动车电池包温度管理分析方法，以对电池包温度管理情况进行评估，规避设计风险。
根据本发明提供的电动车电池包温度管理分析方法，包括：
步骤S1，水冷电池包分析，具体包括S11～S14：
步骤S11，前端冷却模块集成仿真；
步骤S12，三维整车热管理系统校核；
步骤S13，空调系统和电池包一维、二维和三维集成仿真；
步骤S14，降温系统验证，所述降温系统包括电池冷却模块、客舱模块和前端模块；
步骤S2，自然风冷电池包瞬态分析，具体包括：
获取电池包的几何数据和性能参数，采用ANSA、RADTHERM、CCM+搭建电池包一维模型、电池包二维和/或三维模型，采用多轮仿真优化计算，获得自然风冷下电池包热管理性能。
根据本发明提供的电动车电池包温度管理分析方法，通过水冷电池包分析以及自然风冷电池包瞬态分析，其中，水冷电池包分析包括前端冷却模块集成仿真、三维整车热管理系统校核、空调系统和电池包一维、二维和三维集成仿真、降温系统验证，而自然风冷电池包瞬态分析采用ANSA、RADTHERM、CCM+搭建电池包一维模型、电池包二维和/或三维模型，并采用多轮仿真优化计算，实现了电池包温度管理计算流体动力学(CFD)计算分析标准，填补了电动车的CFD分析空缺，通过该方法能够规范纯电动车电池包温度管理的计算流体动力学仿真分析流程，有效的规避电池包前期设计的风险问题，延长电池包的使用寿命，给主机厂提供一个高效的规范设计流程。
另外，根据本发明上述的电动车电池包温度管理分析方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述步骤S11具体包括：
获取整车数模和所需零部件性能参数，采用ANSA、KULI、CCM+搭建一维仿真模型和三维仿真模型，开展多轮三维冷流场仿真计算和一维仿真计算，以确认热管理系统各相关部件的性能及结构参数，使其能够满足相应开发指标。
进一步地，所述获取整车数模和所需零部件性能参数的步骤具体包括：
获取至少四组不同风量下的散热器散热功率、通风阻力、水道阻力数据；至少四组不同风速下的冷凝器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；至少四组不同风量下的蒸发器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；电子风扇台架性能曲线；水泵单体台架性能参数；驱动电机冷却水道阻力曲线；电机控制器水道阻力曲线；不同转速和扭矩下驱动电机效率图；不同电压和电流下电机控制器效率图；各指定工况下驱动电机的输出功率及转速；驱动电机冷却循环流量要求；驱动电机允许的最高水温；电机控制器允许的最高水温；冷却介质类型；完整的整车3D数据；电机控制器冷却水道3D数据；驱动电机冷却水道3D数据。
进一步地，所述步骤S12具体包括：
获取相关整车数据，采用ANSA、CCM+建立完整的整车三维热管理仿真模型，进行指定考核工况的仿真校核。
进一步地，所述获取相关整车数据具体包括：
获取至少四组不同风量下的散热器散热功率、通风阻力、水道阻力数据；至少四组不同风速下的冷凝器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；至少四组不同风量下的蒸发器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；电子风扇台架性能曲线；水泵单体台架性能参数；驱动电机冷却水道阻力曲线；电机控制器水道阻力曲线；不同转速和扭矩下驱动电机效率图；不同电压和电流下电机控制器效率图；各指定工况下驱动电机的输出功率及转速；驱动电机冷却循环流量要求；驱动电机允许的最高水温；电机控制器允许的最高水温；冷却介质类型。
进一步地，所述步骤S13具体包括：
获取电池包冷却系统和空调制冷系统相关冷部件性能参数，采用ANSA、RADTHERM、CCM+搭建空调系统和电池包冷却系统一维模型、电池包二维和/或三维模型，评估电池包在考核工况下的发热量，验证电池包冷却系统是否达到要求。
进一步地，所述获取电池包冷却系统和空调制冷系统相关冷部件性能参数具体包括：
获取电动水泵台架性能数据；至少四组不同风量下的蒸发器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；冷热Chiller侧电子膨胀阀或H阀最终特性参数；冷热Chiller台架性能数据；至少四组压比下压缩机的不同转速性能参数；冷凝器台架试验性能数据；蒸发器台架性能实验数据；膨胀阀性能数据；空调制冷系统侧管道阻力曲线；电池包及电池热管理回路3D数据；电池单体热物性参数；电池单体产热特性；各考核工况下电池的输出电压和电流；电池热管理回路水泵的台架性能试验数据；降温考核工况。
进一步地，所述步骤S14具体包括：
细化空调系统各部件参数，优化前舱布置，验证在指定考核工况下，系统匹配合理性和驾驶舱降温效果，采用CCM+最终完成电池包冷却达到设定目标。
进一步地，所述空调系统各部件参数包括：考核工况下空调系统进风量；蒸发器、冷凝器、Chiller结构详细参数和实验数据；压缩机最终参数和实验数据；蒸发器侧膨胀阀最终特性参数；Chiller侧电子膨胀阀或H阀最终特性参数；前舱几何布置和部件特性；驾驶舱特征尺寸参数；电池包降温目标最终确认；电池热管理回路冷却水道阻力曲线。
进一步地，所述步骤S2中的性能参数包括：极限工况；三维几何模型；冷凝器性能参数；电子风扇性能参数；电池包细节模型；电池包壳体材料；极限工况下电池包单体及冷凝器的散热量。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。
附图说明
本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一实施例的电动车电池包温度管理分析方法的流程图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明一实施例提出的电动车电池包温度管理分析方法，包括：
步骤S1，水冷电池包分析，具体包括S11～S14：
步骤S11，前端冷却模块集成仿真；
其中，该步骤具体包括：
获取整车数模和所需零部件性能参数，采用ANSA、KULI、CCM+搭建一维仿真模型和三维仿真模型，开展多轮三维冷流场仿真计算和一维仿真计算，以确认热管理系统各相关部件的性能及结构参数，使其能够满足相应开发指标。
获取整车数模和所需零部件性能参数的步骤具体包括：
获取至少四组不同风量下的散热器散热功率、通风阻力、水道阻力数据；至少四组不同风速下的冷凝器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；至少四组不同风量下的蒸发器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；电子风扇台架性能曲线；水泵单体台架性能参数；驱动电机冷却水道阻力曲线；电机控制器水道阻力曲线；不同转速和扭矩下驱动电机效率图；不同电压和电流下电机控制器效率图；各指定工况下驱动电机的输出功率及转速；驱动电机冷却循环流量要求；驱动电机允许的最高水温；电机控制器允许的最高水温；冷却介质类型；完整的整车3D数据；电机控制器冷却水道3D数据；驱动电机冷却水道3D数据。
步骤S12，三维整车热管理系统校核；
其中，该步骤具体包括：
获取相关整车数据，采用ANSA、CCM+建立完整的整车三维热管理仿真模型，进行指定考核工况的仿真校核。
获取相关整车数据具体包括：
获取至少四组不同风量下的散热器散热功率、通风阻力、水道阻力数据；至少四组不同风速下的冷凝器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；至少四组不同风量下的蒸发器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；电子风扇台架性能曲线；水泵单体台架性能参数；驱动电机冷却水道阻力曲线；电机控制器水道阻力曲线；不同转速和扭矩下驱动电机效率图；不同电压和电流下电机控制器效率图；各指定工况下驱动电机的输出功率及转速；驱动电机冷却循环流量要求；驱动电机允许的最高水温；电机控制器允许的最高水温；冷却介质类型。
步骤S13，空调系统和电池包一维、二维和三维集成仿真；
该步骤具体包括：
获取电池包冷却系统和空调制冷系统相关冷部件性能参数，采用ANSA、RADTHERM、CCM+搭建空调系统和电池包冷却系统一维模型、电池包二维和/或三维模型，评估电池包在考核工况下的发热量，验证电池包冷却系统是否达到要求。
其中，获取电池包冷却系统和空调制冷系统相关冷部件性能参数具体包括：
获取电动水泵台架性能数据；至少四组不同风量下的蒸发器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；冷热Chiller侧电子膨胀阀或H阀最终特性参数；冷热Chiller台架性能数据；至少四组压比下压缩机的不同转速性能参数；冷凝器台架试验性能数据；蒸发器台架性能实验数据；膨胀阀性能数据；空调制冷系统侧管道阻力曲线；电池包及电池热管理回路3D数据；电池单体热物性参数；电池单体产热特性；各考核工况下电池的输出电压和电流；电池热管理回路水泵的台架性能试验数据；降温考核工况。
步骤S14，降温系统验证，所述降温系统包括电池冷却模块、客舱模块和前端模块；
其中，该步骤具体包括：
细化空调系统各部件参数，优化前舱布置，验证在指定考核工况下，系统匹配合理性和驾驶舱降温效果，采用CCM+最终完成电池包冷却达到设定目标。
所述空调系统各部件参数包括：考核工况下空调系统进风量；蒸发器、冷凝器、Chiller结构详细参数和实验数据；压缩机最终参数和实验数据；蒸发器侧膨胀阀最终特性参数；Chiller侧电子膨胀阀或H阀最终特性参数；前舱几何布置和部件特性；驾驶舱特征尺寸参数；电池包降温目标最终确认；电池热管理回路冷却水道阻力曲线。
具体实施时，水冷电池包可以采用以下表格内容进行结果评价：
步骤S2，自然风冷电池包瞬态分析，具体包括：
获取电池包的几何数据和性能参数，采用ANSA、RADTHERM、CCM+搭建电池包一维模型、电池包二维和/或三维模型，采用多轮仿真优化计算，获得自然风冷下电池包热管理性能。
其中，该性能参数包括：极限工况；三维几何模型；冷凝器性能参数；电子风扇性能参数；电池包细节模型；电池包壳体材料；极限工况下电池包单体及冷凝器的散热量。
具体实施时，风冷电池包可以采用以下表格内容进行结果评价：
根据本实施例提供的电动车电池包温度管理分析方法，通过水冷电池包分析以及自然风冷电池包瞬态分析，其中，水冷电池包分析包括前端冷却模块集成仿真、三维整车热管理系统校核、空调系统和电池包一维、二维和三维集成仿真、降温系统验证，而自然风冷电池包瞬态分析采用ANSA、RADTHERM、CCM+搭建电池包一维模型、电池包二维和/或三维模型，并采用多轮仿真优化计算，实现了电池包温度管理计算流体动力学(CFD)计算分析标准，填补了电动车的CFD分析空缺，通过该方法能够规范纯电动车电池包温度管理的计算流体动力学仿真分析流程，有效的规避电池包前期设计的风险问题，延长电池包的使用寿命，给主机厂提供一个高效的规范设计流程。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种电动车电池包温度管理分析方法，其特征在于，包括：
步骤S1，水冷电池包分析，具体包括S11～S14：
步骤S11，前端冷却模块集成仿真；
步骤S12，三维整车热管理系统校核；
步骤S13，空调系统和电池包一维、二维和三维集成仿真；
步骤S14，降温系统验证，所述降温系统包括电池冷却模块、客舱模块和前端模块；
步骤S2，自然风冷电池包瞬态分析，具体包括：
获取电池包的几何数据和性能参数，采用ANSA、RADTHERM、CCM+搭建电池包一维模型、电池包二维和/或三维模型，采用多轮仿真优化计算，获得自然风冷下电池包热管理性能。
2.根据权利要求1所述的电动车电池包温度管理分析方法，其特征在于，所述步骤S11具体包括：
获取整车数模和所需零部件性能参数，采用ANSA、KULI、CCM+搭建一维仿真模型和三维仿真模型，开展多轮三维冷流场仿真计算和一维仿真计算，以确认热管理系统各相关部件的性能及结构参数，使其能够满足相应开发指标。
3.根据权利要求2所述的电动车电池包温度管理分析方法，其特征在于，所述获取整车数模和所需零部件性能参数的步骤具体包括：
获取至少四组不同风量下的散热器散热功率、通风阻力、水道阻力数据；至少四组不同风速下的冷凝器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；至少四组不同风量下的蒸发器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；电子风扇台架性能曲线；水泵单体台架性能参数；驱动电机冷却水道阻力曲线；电机控制器水道阻力曲线；不同转速和扭矩下驱动电机效率图；不同电压和电流下电机控制器效率图；各指定工况下驱动电机的输出功率及转速；驱动电机冷却循环流量要求；驱动电机允许的最高水温；电机控制器允许的最高水温；冷却介质类型；完整的整车3D数据；电机控制器冷却水道3D数据；驱动电机冷却水道3D数据。
4.根据权利要求1所述的电动车电池包温度管理分析方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括：
获取相关整车数据，采用ANSA、CCM+建立完整的整车三维热管理仿真模型，进行指定考核工况的仿真校核。
5.根据权利要求4所述的电动车电池包温度管理分析方法，其特征在于，所述获取相关整车数据具体包括：
获取至少四组不同风量下的散热器散热功率、通风阻力、水道阻力数据；至少四组不同风速下的冷凝器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；至少四组不同风量下的蒸发器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；电子风扇台架性能曲线；水泵单体台架性能参数；驱动电机冷却水道阻力曲线；电机控制器水道阻力曲线；不同转速和扭矩下驱动电机效率图；不同电压和电流下电机控制器效率图；各指定工况下驱动电机的输出功率及转速；驱动电机冷却循环流量要求；驱动电机允许的最高水温；电机控制器允许的最高水温；冷却介质类型。
6.根据权利要求1所述的电动车电池包温度管理分析方法，其特征在于，所述步骤S13具体包括：
获取电池包冷却系统和空调制冷系统相关冷部件性能参数，采用ANSA、RADTHERM、CCM+搭建空调系统和电池包冷却系统一维模型、电池包二维和/或三维模型，评估电池包在考核工况下的发热量，验证电池包冷却系统是否达到要求。
7.根据权利要求6所述的电动车电池包温度管理分析方法，其特征在于，所述获取电池包冷却系统和空调制冷系统相关冷部件性能参数具体包括：
获取电动水泵台架性能数据；至少四组不同风量下的蒸发器降温功率、通风阻力、冷媒阻力数据；冷热Chiller侧电子膨胀阀或H阀最终特性参数；冷热Chiller台架性能数据；至少四组压比下压缩机的不同转速性能参数；冷凝器台架试验性能数据；蒸发器台架性能实验数据；膨胀阀性能数据；空调制冷系统侧管道阻力曲线；电池包及电池热管理回路3D数据；电池单体热物性参数；电池单体产热特性；各考核工况下电池的输出电压和电流；电池热管理回路水泵的台架性能试验数据；降温考核工况。
8.根据权利要求1所述的电动车电池包温度管理分析方法，其特征在于，所述步骤S14具体包括：
细化空调系统各部件参数，优化前舱布置，验证在指定考核工况下，系统匹配合理性和驾驶舱降温效果，采用CCM+最终完成电池包冷却达到设定目标。
9.根据权利要求8所述的电动车电池包温度管理分析方法，其特征在于，所述空调系统各部件参数包括：考核工况下空调系统进风量；蒸发器、冷凝器、Chiller结构详细参数和实验数据；压缩机最终参数和实验数据；蒸发器侧膨胀阀最终特性参数；Chiller侧电子膨胀阀或H阀最终特性参数；前舱几何布置和部件特性；驾驶舱特征尺寸参数；电池包降温目标最终确认；电池热管理回路冷却水道阻力曲线。
10.根据权利要求1所述的电动车电池包温度管理分析方法，其特征在于，所述步骤S2中的性能参数包括：极限工况；三维几何模型；冷凝器性能参数；电子风扇性能参数；电池包细节模型；电池包壳体材料；极限工况下电池包单体及冷凝器的散热量。
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