CN112861302A - 一种动力电池热管理仿真方法、装置及存储介质 - Google Patents
一种动力电池热管理仿真方法、装置及存储介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112861302A CN112861302A CN201911188545.9A CN201911188545A CN112861302A CN 112861302 A CN112861302 A CN 112861302A CN 201911188545 A CN201911188545 A CN 201911188545A CN 112861302 A CN112861302 A CN 112861302A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- temperature
- power
- heat generation
- battery pack
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 132
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 claims abstract description 85
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 26
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 23
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 21
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 17
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 13
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 12
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 64
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种动力电池热管理仿真方法、装置及存储介质，包括：根据预先建立的整车前端模块仿真模型，获取预设工况下电池包壳体表面的对流换热系数和流体侧温度；根据公式P＝I2*R*F计算电池包的电芯在预设工况下的生热功率；其中，I表示电芯的充/放电电流，R表示电芯的直流内阻，F表示生热功率修正因子；根据所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置；根据参数设置后的电池包仿真模型仿真获取并输出温度监测点的温度值。本发明的技术方案无需获取详细准确的电芯电化学参数，能够准确计算动力电池的生热功率，体现行车过程中电池包壳体表面换热的非均匀性，并且能够准确预测温度监测点的温度。
Description
技术领域
本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种动力电池热管理仿真方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
动力电池作为新能源电动汽车的核心零部件之一，其安全性能至关重要，电池在充、放电过程中会产生大量的热量，如果这些热量不加以合理的控制，轻则会影响动力电池组的循环寿命，重则会因热失控造成车辆火灾，因此，对动力电池进行有效地热管理对解决动力电池安全性问题具有十分重要的意义，并且热管理性能会影响整车的性能、寿命和耐久性。
动力电池的生热功率在电池热管理中是一个重要的输入参数，准确的参数输入可以准确的预测电池在特定工况下的发热情况，从而在产品设计初期就能规避电池在使用过程中的过热情况，现有技术通常采用电化学-热耦合模型或焦耳定律计算电池电芯的生热功率，其中，采用电化学-热耦合模型计算电池电芯的生热功率需要有详细、准确的电芯电化学参数，大部分主机厂或电池PACK集成商往往无法从电芯供应商得到电芯电化学参数，因此对于大部分主机厂或电池PACK集成商不适用；采用焦耳定律计算电池电芯的生热功率是目前工程应用中采用较多的一种方法，但是，焦耳定律计算得到的只是电芯的焦耳热，并未考虑电池的反应热，导致生热功率的计算结果不准确。
另外，电池热管理的目标是控制电池温度在适宜的温度范围内，通过热管理仿真可以预测动力电池在不同工况下的温度表现，以进行温度传感器NTC的合理布置和热管理的结构优化，但是，在实施现有技术提供的仿真方法的过程中，由于电池包壳体与外部环境的换热条件影响电池包内部的温度变化与温度分布，需要换热条件进行处理，例如，按绝热边界处理，忽略壳体与外部环境的换热，或者设置均匀的换热系数，这种处理方式未能考虑壳体与外部环境的实际换热情况，因为整车在行驶过程中，电池包壳体的换热系数是非均匀的；并且在仿真过程中，直接监测所有电芯的最高温度与最低温度，或者直接选取电池高度方向截面温度的最高温度与最低温度作为仿真结果进行输出，不能反映BMS监测到的温度监测点的温度，即温度传感器NTC的布置位置点的温度。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种动力电池热管理仿真方法、装置及计算机可读存储介质，无需获取详细准确的电芯电化学参数，能够准确计算动力电池的生热功率，能够体现行车过程中电池包壳体表面换热的非均匀性，并且能够准确预测温度监测点的温度。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种动力电池热管理仿真方法，包括：
根据预先建立的整车前端模块仿真模型，获取预设工况下电池包壳体表面的对流换热系数和流体侧温度；
根据公式P＝I2*R*F计算电池包的电芯在预设工况下的生热功率；其中，I表示电芯的充/放电电流，单位为A，R表示电芯的直流内阻，单位为Ω，F表示生热功率修正因子；
根据所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置；
根据参数设置后的电池包仿真模型仿真获取并输出温度监测点的温度值；其中，所述温度监测点为NTC温度传感器的在电池包上的布置位置点。
进一步地，所述方法通过以下步骤获取生热功率修正因子F：
根据ARC绝热测试获得电芯在预设的充/放电倍率下的第一平均生热功率；
根据HPPC测试获得电芯的直流内阻，并根据电芯的直流内阻获得电芯在所述充/放电倍率下的第二平均生热功率；
根据所述第一平均生热功率和所述第二平均生热功率计算获得电芯在所述充/放电倍率下的生热功率修正因子为F＝第一平均生热功率/第二平均生热功率。
进一步地，所述方法还包括：
根据ARC绝热测试获得ARC绝热温升值，并根据所述ARC绝热温升值对生热功率的计算公式P＝I2*R*F进行验证。
进一步地，所述方法通过以下步骤对生热功率的计算公式P＝I2*R*F进行验证：
将根据计算公式P＝I2*R*F计算获得的电芯的生热功率输入到预先建立的电芯热模型中，经过预设时间段后，根据所述电芯热模型仿真获取相应的温升值；
将所述温升值与所述ARC绝热温升值进行比较；
根据比较结果验证生热功率的计算公式P＝I2*R*F的正确性。
进一步地，所述根据所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置，具体包括：
在所述电池包仿真模型中设置所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率；
根据预先建立的电热模型在所述电池包仿真模型的铜排/铝排的电流入口端设置电流边界，在电流出口端设置零电势边界；
对所述电池包仿真模型的第一预设部件进行热辐射系数设置；
对所述电池包仿真模型的第二预设部件进行热物性参数设置；
其中，所述第一预设部件为电池包内与空气接触的部件；所述第二预设部件至少包括电池包的电芯、模组侧板、模组端板、模组顶盖、铜排/铝排、导热垫、水冷板、箱体和箱盖；所述热物性参数至少包括比热容、导热系数和密度。
进一步地，所述方法还包括：
根据获得的所述温度监测点的温度值获取预设工况下电池包的最高温度和最低温度；
根据所述最高温度和所述最低温度计算预设工况下电池包的温度差值；
根据所述最高温度和所述温度差值判断电池热管理结构是否符合设计要求；
当电池热管理结构不符合设计要求时，对电池热管理结构进行优化处理。
进一步地，所述根据所述最高温度和所述温度差值判断电池热管理结构是否符合设计要求，具体包括：
将所述最高温度与预设的温度指标进行比较，并将所述温度差值与预设的温差指标进行比较；
当所述最高温度小于所述温度指标，且所述温度差值小于所述温差指标时，判定电池热管理结构符合设计要求；否则，判定电池热管理结构不符合设计要求。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种动力电池热管理仿真装置，包括：
参数获取模块，用于根据预先建立的整车前端模块仿真模型，获取预设工况下电池包壳体表面的对流换热系数和流体侧温度；
生热功率获取模块，用于根据公式P＝I2*R*F计算电池包的电芯在预设工况下的生热功率；其中，I表示电芯的充/放电电流，单位为A，R表示电芯的直流内阻，单位为Ω，F表示生热功率修正因子；
参数设置模块，用于根据所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置；
仿真模块，用于根据参数设置后的电池包仿真模型仿真获取并输出温度监测点的温度值；其中，所述温度监测点为NTC温度传感器的在电池包上的布置位置点。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行上述任一项所述的动力电池热管理仿真方法。
本发明实施例还提供了一种动力电池热管理仿真装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的动力电池热管理仿真方法。
与现有技术相比，本发明实施例提供了一种动力电池热管理仿真方法、装置及计算机可读存储介质，根据预先建立的整车前端模块仿真模型获取预设工况下电池包壳体表面的对流换热系数和流体侧温度；根据公式P＝I2*R*F计算电池包的电芯在预设工况下的生热功率；其中，I表示电芯的充/放电电流，R表示电芯的直流内阻，F表示生热功率修正因子；根据获得的对流换热系数、流体侧温度和生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置；根据参数设置后的电池包仿真模型仿真获取并输出温度监测点的温度值，无需获取详细准确的电芯电化学参数，能够准确计算动力电池的生热功率，能够体现行车过程中电池包壳体表面换热的非均匀性，并且能够准确预测温度监测点的温度。
附图说明
图1是本发明提供的一种动力电池热管理仿真方法的一个优选实施例的流程图；
图2是本发明提供的一种动力电池热管理仿真方法的仿真结果-试验结果对比图；
图3是本发明提供的一种动力电池热管理仿真装置的一个优选实施例的结构框图；
图4是本发明提供的一种动力电池热管理仿真装置的另一个优选实施例的结构框图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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，本技术领域普通技术人员在没有作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。
本发明实施例提供了一种动力电池热管理仿真方法，参见图1所示，是本发明提供的一种动力电池热管理仿真方法的一个优选实施例的流程图，所述方法包括步骤S11至步骤S14：
步骤S11、根据预先建立的整车前端模块仿真模型，获取预设工况下电池包壳体表面的对流换热系数和流体侧温度；
步骤S12、根据公式P＝I2*R*F计算电池包的电芯在预设工况下的生热功率；其中，I表示电芯的充/放电电流，单位为A，R表示电芯的直流内阻，单位为Ω，F表示生热功率修正因子；
步骤S13、根据所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置；
步骤S14、根据参数设置后的电池包仿真模型仿真获取并输出温度监测点的温度值；其中，所述温度监测点为NTC温度传感器的在电池包上的布置位置点。
具体的，预先建立整车前端模块仿真模型和详细的电池包仿真模型(例如，整车前端模块CFD仿真模型，电池包CFD仿真模型)，以根据预先建立的整车前端模块仿真模型获取预设工况(根据实际需要设置热仿真工况)下对应的电池包壳体表面的对流换热系数和流体侧温度(流体侧温度指在整车前端模块中，从箱体表面读取到的Local Heat transferReference Temperature)，并根据公式P＝I2*R*F计算电池包的电芯在上述预设工况下对应的生热功率，以根据获得的对流换热系数、流体侧温度和生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置，从而根据参数设置后的电池包仿真模型进行仿真，预测电池包上布置的各个NTC温度传感器所对应的温度监测点的温度值，并将预测的各温度监测点的温度值作为仿真结果进行输出。
需要说明的是，生热功率计算公式中的I表示电池包电芯的充/放电电流，单位为A，其计算公式为I＝电芯充/放电倍率*电芯容量，例如，电芯充/放电倍率为0.8C，电芯容量为60Ah，则电芯的充/放电电流为I＝电芯充/放电倍率*电芯容量＝0.8*60＝48A；计算公式中的R表示电池包电芯的直流内阻，单位为Ω，直流内阻R可以通过HPPC测试获得；计算公式中的F表示生热功率修正因子，可以对根据焦耳定律计算获得的电芯的生热功率进行修正。
可以理解的，本实施例为在预设工况下进行的仿真，动力电池热仿真工况可以有多种，例如高速爬坡工况、高速超速工况、驱动耐久工况及低温加热工况等，不同的工况，在不同的工况下，均可以采用本实施例提供的技术方案进行热管理仿真，只需根据不同的工况对应修改不同的参数设置即可。
本发明实施例所提供的一种动力电池热管理仿真方法，根据预先建立的整车前端模块仿真模型获取预设工况下电池包壳体表面的对流换热系数和流体侧温度，根据公式P＝I2*R*F计算电池包的电芯在预设工况下的生热功率，根据获得的对流换热系数、流体侧温度和生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置，根据参数设置后的电池包仿真模型仿真获取并输出温度监测点的温度值，无需获取详细准确的电芯电化学参数，能够准确计算动力电池的生热功率，并且能够体现行车过程中电池包壳体表面换热的非均匀性，从而能够准确预测温度监测点的温度。
在另一个优选实施例中，所述方法通过以下步骤获取生热功率修正因子F：
根据ARC绝热测试获得电芯在预设的充/放电倍率下的第一平均生热功率；
根据HPPC测试获得电芯的直流内阻，并根据电芯的直流内阻获得电芯在所述充/放电倍率下的第二平均生热功率；
根据所述第一平均生热功率和所述第二平均生热功率计算获得电芯在所述充/放电倍率下的生热功率修正因子为F＝第一平均生热功率/第二平均生热功率。
具体的，结合上述实施例，为了提高生热功率计算结果的准确性，可以采用生热功率修正因子F对根据焦耳定律计算获得的电芯的生热功率进行修正，为了获得生热功率修正因子F，先根据ARC绝热测试获得电芯在预设的充/放电倍率下的第一平均生热功率PARC，单位为W，再根据HPPC测试获得电芯的直流内阻R，以根据电芯的直流内阻R、电芯的充/放电电流I，基于焦耳定律公式I2*R计算获得电芯在上述预设的充/放电倍率下的第二平均生热功率PHPPC，单位为W，从而根据获得的第一平均生热功率PARC和第二平均生热功率PHPPC计算获得电芯在上述预设的充/放电倍率下的生热功率修正因子，计算公式为F＝PARC/PHPPC。
可以理解的，在不同的充/放电倍率(如0.2C、0.5C、0.8C、1.2C等，充/放电倍率需覆盖电芯实际工况中的最大/最小值)下，均可以采用本实施例计算获得每一个充/放电倍率所对应的生热功率修正因子。
在又一个优选实施例中，所述方法还包括：
根据ARC绝热测试获得ARC绝热温升值，并根据所述ARC绝热温升值对生热功率的计算公式P＝I2*R*F进行验证。
作为上述方案的改进，所述方法通过以下步骤对生热功率的计算公式P＝I2*R*F进行验证：
将根据计算公式P＝I2*R*F计算获得的电芯的生热功率输入到预先建立的电芯热模型中，经过预设时间段后，根据所述电芯热模型仿真获取相应的温升值；
将所述温升值与所述ARC绝热温升值进行比较；
根据比较结果验证生热功率的计算公式P＝I2*R*F的正确性。
具体的，结合上述实施例，为了进一步提高生热功率计算结果的准确性，可以根据ARC绝热测试获得相应的ARC绝热温升值，以根据获得的ARC绝热温升值对生热功率的计算公式P＝I2*R*F进行验证，在具体验证过程中，先通过三维热管理分析软件STAR-CCM+或者Fluent软件预先建立电芯热模型，再将根据公式P＝I2*R*F计算获得的电芯的生热功率输入到预先建立的电芯热模型中，经过预设时间段(例如，3600/电芯充/放电倍率)后，可以仿真获得相应的温升值，将仿真获得的温升值与ARC绝热温升值进行比较，根据仿真获得的温升值与ARC绝热温升值是否一致或接近来判断生热功率的计算公式P＝I2*R*F的正确性，可以理解的，当仿真获得的温升值与ARC绝热温升值一致或者差值在预设的差值范围内，可以判定生热功率的计算公式P＝I2*R*F是正确的。
在又一个优选实施例中，所述根据所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置，具体包括：
在所述电池包仿真模型中设置所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率；
根据预先建立的电热模型在所述电池包仿真模型的铜排/铝排的电流入口端设置电流边界，在电流出口端设置零电势边界；
对所述电池包仿真模型的第一预设部件进行热辐射系数设置；
对所述电池包仿真模型的第二预设部件进行热物性参数设置；
其中，所述第一预设部件为电池包内与空气接触的部件；所述第二预设部件至少包括电池包的电芯、模组侧板、模组端板、模组顶盖、铜排/铝排、导热垫、水冷板、箱体和箱盖；所述热物性参数至少包括比热容、导热系数和密度。
具体的，结合上述实施例，在根据获得的对流换热系数、流体侧温度和生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置时，先在电池包仿真模型中设置获得的对流换热系数、流体侧温度和生热功率，再根据预先建立的电热模型设置电池包内进行电连接的铜排/铝排，在铜排/铝排的电流入口端设置电流边界，在铜排/铝排的电流出口端设置电势为零的电势边界，并给电池包仿真模型内部的第一预设部件设置热辐射系数，给电池包仿真模型内部的第二预设部件设置热物性参数。
需要说明的是，电池包仿真模型应该至少包括箱体、箱盖、冷却板、电芯、模组端板、电芯间结构件、导热垫、模组侧板、铜排/铝排等部件，可以不包括BMS模块、传感器、线束等对传热影响很小的部件，相应的，上述第一预设部件具体为电池包内与空气接触的部件，相对应的热辐射系数一般可以从部件供应商获取，上述第二预设部件至少包括电池包的电芯、模组侧板、模组端板、模组顶盖、铜排/铝排、导热垫、水冷板、箱体和箱盖等部件，并且各部件的热物性参数至少包括比热容(J/(Kg·K))、导热系数(W/(m·K))和密度(kg/m3)，其中，电芯的导热系数为各向异性。
在又一个优选实施例中，所述方法还包括：
根据获得的所述温度监测点的温度值获取预设工况下电池包的最高温度和最低温度；
根据所述最高温度和所述最低温度计算预设工况下电池包的温度差值；
根据所述最高温度和所述温度差值判断电池热管理结构是否符合设计要求；
当电池热管理结构不符合设计要求时，对电池热管理结构进行优化处理。
具体的，结合上述实施例，在根据参数设置后的电池包仿真模型进行仿真，预测获得各温度监测点的温度值之后，可以根据获得的各温度监测点的温度值获取上述预设工况下对应的电池包的最高温度Tmax和最低温度Tmin，并根据最高温度Tmax和最低温度Tmin计算获得上述预设工况下对应的电池包的温度差值为△T＝Tmax-Tmin，则进一步根据最高温度Tmax和计算获得的温度差值△T判断电池热管理结构是否符合设计要求，当电池热管理结构不符合设计要求时，对电池热管理结构进行优化处理，例如，通过优化液冷板结构，尽量均衡各个电芯底部的流量值，从而提高电芯底部的换热效率，相应的，当电池热管理结构符合设计要求时，直接输出仿真结果并结束本次仿真工作。
作为上述方案的改进，所述根据所述最高温度和所述温度差值判断电池热管理结构是否符合设计要求，具体包括：
将所述最高温度与预设的温度指标进行比较，并将所述温度差值与预设的温差指标进行比较；
当所述最高温度小于所述温度指标，且所述温度差值小于所述温差指标时，判定电池热管理结构符合设计要求；否则，判定电池热管理结构不符合设计要求。
具体的，结合上述实施例，判断电池热管理结构是否符合设计要求，可以通过判断仿真获得的最高温度Tmax和计算获得的温度差值△T是否小于预先设置的温度指标和温差指标进行判断，可以理解的，当最高温度Tmax小于预先设置的温度指标，且温度差值△T小于预先设置的温差指标时，判定电池热管理结构符合设计要求；否则，判定电池热管理结构不符合设计要求。
结合图2所示，是本发明提供的一种动力电池热管理仿真方法的仿真结果-试验结果对比图，假设某电池包的充/放电倍率为1C，在进行1C快充时，采用本发明实施例提供的技术方案预测的电池包上布置的各个NTC温度传感器所对应的温度监测点(M1～M6)的仿真温度值如图中的实心圆所示，对应连接所有实心圆的实线表示仿真结果的温度分布趋势，根据试验测量获得的电池包上布置的各个NTC温度传感器所对应的温度监测点的试验温度值如图中的正方形所示，对应连接所有正方形的虚线表示试验结果的温度分布趋势。
图2中的横坐标表示NTC温度传感器在电池包上的布置位置点(M1～M6)，纵坐标表示NTC温度(单位为℃)，由图可知，仿真结果的温度分布趋势与试验结果的温度分布趋势基本保持一致，温度绝对值吻合度较好，说明本发明实施例所提供的技术方案能够比较准确的预测NTC温度传感器位置处的温度值。
本发明实施例还提供了一种动力电池热管理仿真装置，能够实现上述任一实施例所述的动力电池热管理仿真方法的所有流程，装置中的各个模块、单元的作用以及实现的技术效果分别与上述实施例所述的动力电池热管理仿真方法的作用以及实现的技术效果对应相同，这里不再赘述。
参见图3所示，是本发明提供的一种动力电池热管理仿真装置的一个优选实施例的结构框图，所述装置包括：
参数获取模块11，用于根据预先建立的整车前端模块仿真模型，获取预设工况下电池包壳体表面的对流换热系数和流体侧温度；
生热功率获取模块12，用于根据公式P＝I2*R*F计算电池包的电芯在预设工况下的生热功率；其中，I表示电芯的充/放电电流，单位为A，R表示电芯的直流内阻，单位为Ω，F表示生热功率修正因子；
参数设置模块13，用于根据所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置；
仿真模块14，用于根据参数设置后的电池包仿真模型仿真获取并输出温度监测点的温度值；其中，所述温度监测点为NTC温度传感器的在电池包上的布置位置点。
优选地，所述装置还包括热功率修正因子获取模块；所述热功率修正因子获取模块具体包括：
第一平均生热功率获取单元，用于根据ARC绝热测试获得电芯在预设的充/放电倍率下的第一平均生热功率；
第二平均生热功率获取单元，用于根据HPPC测试获得电芯的直流内阻，并根据电芯的直流内阻获得电芯在所述充/放电倍率下的第二平均生热功率；
热功率修正因子获取单元，用于根据所述第一平均生热功率和所述第二平均生热功率计算获得电芯在所述充/放电倍率下的生热功率修正因子为F＝第一平均生热功率/第二平均生热功率。
优选地，所述装置还包括：
生热功率验证模块，用于根据ARC绝热测试获得ARC绝热温升值，并根据所述ARC绝热温升值对生热功率的计算公式P＝I2*R*F进行验证。
优选地，所述生热功率验证模块具体包括：
仿真温升获取单元，用于将根据计算公式P＝I2*R*F计算获得的电芯的生热功率输入到预先建立的电芯热模型中，经过预设时间段后，根据所述电芯热模型仿真获取相应的温升值；
温升比较单元，用于将所述温升值与所述ARC绝热温升值进行比较；
生热功率验证单元，用于根据比较结果验证生热功率的计算公式P＝I2*R*F的正确性。
优选地，所述参数设置模块13具体包括：
参数输入单元，用于在所述电池包仿真模型中设置所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率；
电流及电压边界设置单元，用于根据预先建立的电热模型在所述电池包仿真模型的铜排/铝排的电流入口端设置电流边界，在电流出口端设置零电势边界；
热辐射系数设置单元，用于对所述电池包仿真模型的第一预设部件进行热辐射系数设置；
热物性参数设置单元，用于对所述电池包仿真模型的第二预设部件进行热物性参数设置；
其中，所述第一预设部件为电池包内与空气接触的部件；所述第二预设部件至少包括电池包的电芯、模组侧板、模组端板、模组顶盖、铜排/铝排、导热垫、水冷板、箱体和箱盖；所述热物性参数至少包括比热容、导热系数和密度。
优选地，所述装置还包括：
最高及最低温度获取模块，用于根据获得的所述温度监测点的温度值获取预设工况下电池包的最高温度和最低温度；
温差计算模块，用于根据所述最高温度和所述最低温度计算预设工况下电池包的温度差值；
温度判断模块，用于根据所述最高温度和所述温度差值判断电池热管理结构是否符合设计要求；
优化模块，用于当电池热管理结构不符合设计要求时，对电池热管理结构进行优化处理。
优选地，所述温度判断模块具体包括：
温度比较单元，用于将所述最高温度与预设的温度指标进行比较，并将所述温度差值与预设的温差指标进行比较；
温度判断单元，用于当所述最高温度小于所述温度指标，且所述温度差值小于所述温差指标时，判定电池热管理结构符合设计要求；否则，判定电池热管理结构不符合设计要求。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行上述任一实施例所述的动力电池热管理仿真方法。
本发明实施例还提供了一种动力电池热管理仿真装置，参见图4所示，是本发明提供的一种动力电池热管理仿真装置的另一个优选实施例的结构框图，所述装置包括处理器10、存储器20以及存储在所述存储器20中且被配置为由所述处理器10执行的计算机程序，所述处理器10在执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的动力电池热管理仿真方法。
优选地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元(如计算机程序1、计算机程序2、······)，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器20中，并由所述处理器10执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述装置中的执行过程。
所述处理器10可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以是微处理器，或者所述处理器10也可以是任何常规的处理器，所述处理器10是所述装置的控制中心，利用各种接口和线路连接所述装置的各个部分。
所述存储器20主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等，数据存储区可存储相关数据等。此外，所述存储器20可以是高速随机存取存储器，还可以是非易失性存储器，例如插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡和闪存卡(Flash Card)等，或所述存储器20也可以是其他易失性固态存储器件。
需要说明的是，上述装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，图4结构框图仅仅是上述装置的示例，并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
综上，本发明实施例所提供的一种动力电池热管理仿真方法、装置及计算机可读存储介质，具有以下有益效果：
(1)技术方案具有普适性，不需要获取详细准确的电芯电化学参数，且仿真测试时间较短，尤其适用于不能获得详细电芯电化学参数的主机厂、PACK集成商进行热管理仿真评估；
(2)能够兼顾电芯焦耳热和反应热，对动力电池的生热功率进行修正，从而提高生热功率计算结果的准确性；
(3)能够体现行车过程中电池包壳体表面换热的非均匀性，并且准确预测BMS监测值，即温度传感器NTC的布置点的温度，也能给出整体温度分布趋势，从而进行NTC合理布置和热管理结构优化；
(4)能准确统计出电池包内部各个传热路径的换热量(例如，可以在三维热管理分析软件STAR-CCM+或者Fluent软件中，直接读取电芯与导热垫、水冷板与橡胶支撑垫、橡胶支撑垫与箱体、箱体与内外部空气、电芯与内部空气等交界面的换热量)，从而针对主要传热路径进行电池包热管理结构优化。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种动力电池热管理仿真方法，其特征在于，包括：
根据预先建立的整车前端模块仿真模型，获取预设工况下电池包壳体表面的对流换热系数和流体侧温度；
根据公式P＝I2*R*F计算电池包的电芯在预设工况下的生热功率；其中，I表示电芯的充/放电电流，单位为A，R表示电芯的直流内阻，单位为Ω，F表示生热功率修正因子；
根据所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置；
根据参数设置后的电池包仿真模型仿真获取并输出温度监测点的温度值；其中，所述温度监测点为NTC温度传感器的在电池包上的布置位置点。
2.如权利要求1所述的动力电池热管理仿真方法，其特征在于，所述方法通过以下步骤获取生热功率修正因子F：
根据ARC绝热测试获得电芯在预设的充/放电倍率下的第一平均生热功率；
根据HPPC测试获得电芯的直流内阻，并根据电芯的直流内阻获得电芯在所述充/放电倍率下的第二平均生热功率；
根据所述第一平均生热功率和所述第二平均生热功率计算获得电芯在所述充/放电倍率下的生热功率修正因子为F＝第一平均生热功率/第二平均生热功率。
3.如权利要求1所述的动力电池热管理仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据ARC绝热测试获得ARC绝热温升值，并根据所述ARC绝热温升值对生热功率的计算公式P＝I2*R*F进行验证。
4.如权利要求3所述的动力电池热管理仿真方法，其特征在于，所述方法通过以下步骤对生热功率的计算公式P＝I2*R*F进行验证：
将根据计算公式P＝I2*R*F计算获得的电芯的生热功率输入到预先建立的电芯热模型中，经过预设时间段后，根据所述电芯热模型仿真获取相应的温升值；
将所述温升值与所述ARC绝热温升值进行比较；
根据比较结果验证生热功率的计算公式P＝I2*R*F的正确性。
5.如权利要求1所述的动力电池热管理仿真方法，其特征在于，所述根据所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置，具体包括：
在所述电池包仿真模型中设置所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率；
根据预先建立的电热模型在所述电池包仿真模型的铜排/铝排的电流入口端设置电流边界，在电流出口端设置零电势边界；
对所述电池包仿真模型的第一预设部件进行热辐射系数设置；
对所述电池包仿真模型的第二预设部件进行热物性参数设置；
其中，所述第一预设部件为电池包内与空气接触的部件；所述第二预设部件至少包括电池包的电芯、模组侧板、模组端板、模组顶盖、铜排/铝排、导热垫、水冷板、箱体和箱盖；所述热物性参数至少包括比热容、导热系数和密度。
6.如权利要求1～5任一项所述的动力电池热管理仿真方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据获得的所述温度监测点的温度值获取预设工况下电池包的最高温度和最低温度；
根据所述最高温度和所述最低温度计算预设工况下电池包的温度差值；
根据所述最高温度和所述温度差值判断电池热管理结构是否符合设计要求；
当电池热管理结构不符合设计要求时，对电池热管理结构进行优化处理。
7.如权利要求6所述的动力电池热管理仿真方法，其特征在于，所述根据所述最高温度和所述温度差值判断电池热管理结构是否符合设计要求，具体包括：
将所述最高温度与预设的温度指标进行比较，并将所述温度差值与预设的温差指标进行比较；
当所述最高温度小于所述温度指标，且所述温度差值小于所述温差指标时，判定电池热管理结构符合设计要求；否则，判定电池热管理结构不符合设计要求。
8.一种动力电池热管理仿真装置，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于根据预先建立的整车前端模块仿真模型，获取预设工况下电池包壳体表面的对流换热系数和流体侧温度；
生热功率获取模块，用于根据公式P＝I2*R*F计算电池包的电芯在预设工况下的生热功率；其中，I表示电芯的充/放电电流，单位为A，R表示电芯的直流内阻，单位为Ω，F表示生热功率修正因子；
参数设置模块，用于根据所述对流换热系数、所述流体侧温度和所述生热功率对预先建立的电池包仿真模型进行参数设置；
仿真模块，用于根据参数设置后的电池包仿真模型仿真获取并输出温度监测点的温度值；其中，所述温度监测点为NTC温度传感器的在电池包上的布置位置点。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如权利要求1～7任一项所述的动力电池热管理仿真方法。
10.一种动力电池热管理仿真装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如权利要求1～7任一项所述的动力电池热管理仿真方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911188545.9A CN112861302A (zh) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 一种动力电池热管理仿真方法、装置及存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911188545.9A CN112861302A (zh) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 一种动力电池热管理仿真方法、装置及存储介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112861302A true CN112861302A (zh) | 2021-05-28 |
Family
ID=75985302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911188545.9A Pending CN112861302A (zh) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | 一种动力电池热管理仿真方法、装置及存储介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112861302A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113836853A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-12-24 | 蜂巢能源科技有限公司 | 电芯温度仿真方法、装置、设备及存储介质 |
| CN113859049A (zh) * | 2021-09-07 | 2021-12-31 | 恒大新能源汽车投资控股集团有限公司 | 电池热管理方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质 |
| CN115020832A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-06 | 东莞新能安科技有限公司 | 电芯排布方法、装置、设备及计算机存储介质 |
| CN115358042A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-11-18 | 清华大学 | 产热功率预测方法、装置、计算机设备和存储介质 |
| CN116227310A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-06-06 | 深圳市华宝新能源股份有限公司 | 电池模组电芯温度的快速推测方法、装置、设备和介质 |
| CN115020832B (zh) * | 2022-06-08 | 2024-05-28 | 东莞新能安科技有限公司 | 电芯排布方法、装置、设备及计算机存储介质 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103345561A (zh) * | 2013-07-16 | 2013-10-09 | 上海航天电源技术有限责任公司 | 一种具有多层片状结构的锂离子电池热仿真分析方法 |
| CN107977500A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-05-01 | 芜湖天量电池系统有限公司 | 一种锂离子电池的热仿真方法 |
-
2019
- 2019-11-28 CN CN201911188545.9A patent/CN112861302A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103345561A (zh) * | 2013-07-16 | 2013-10-09 | 上海航天电源技术有限责任公司 | 一种具有多层片状结构的锂离子电池热仿真分析方法 |
| CN107977500A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-05-01 | 芜湖天量电池系统有限公司 | 一种锂离子电池的热仿真方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| JING WANG 等: "Experimental Study on the Internal Resistance and Heat Generation Characteristics of Lithium Ion Power Battery with NCM/C Material System", SAE INTERNATIONAL, 2 August 2018 (2018-08-02), pages 131 - 138 * |
| YING BAI 等: "Reversible and irreversible heat generation of NCA/Si –C pouch cell during electrochemical energy-storage process", JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY, 26 February 2018 (2018-02-26), pages 95 - 102 * |
| 包有玉等: "电池发热性能评价及影响因素", 电池, vol. 52, no. 3, 22 March 2022 (2022-03-22), pages 281 - 284 * |
| 王康康等: "不同健康状态等级的储能磷酸铁锂电池熵变系数 及放电产热研究", 高电压技术, vol. 43, no. 7, 31 July 2017 (2017-07-31), pages 2241 - 2248 * |
| 白龙等: "混合动力汽车用锂电池组散热系统研究", 电源技术, vol. 43, no. 11, 20 November 2019 (2019-11-20), pages 1813 - 1816 * |
| 金标等: "基于模糊灰色理论的动力锂电池散热影响因子关联度分析", 机械设计与研究, vol. 33, no. 2, 20 April 2017 (2017-04-20), pages 176 - 179 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113859049A (zh) * | 2021-09-07 | 2021-12-31 | 恒大新能源汽车投资控股集团有限公司 | 电池热管理方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质 |
| CN113859049B (zh) * | 2021-09-07 | 2023-07-21 | 恒大新能源汽车投资控股集团有限公司 | 电池热管理方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质 |
| CN113836853A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-12-24 | 蜂巢能源科技有限公司 | 电芯温度仿真方法、装置、设备及存储介质 |
| CN113836853B (zh) * | 2021-09-24 | 2023-06-09 | 蜂巢能源科技有限公司 | 电芯温度仿真方法、装置、设备及存储介质 |
| CN115020832A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-06 | 东莞新能安科技有限公司 | 电芯排布方法、装置、设备及计算机存储介质 |
| CN115020832B (zh) * | 2022-06-08 | 2024-05-28 | 东莞新能安科技有限公司 | 电芯排布方法、装置、设备及计算机存储介质 |
| CN115358042A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-11-18 | 清华大学 | 产热功率预测方法、装置、计算机设备和存储介质 |
| CN116227310A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-06-06 | 深圳市华宝新能源股份有限公司 | 电池模组电芯温度的快速推测方法、装置、设备和介质 |
| CN116227310B (zh) * | 2023-05-10 | 2023-08-22 | 深圳市华宝新能源股份有限公司 | 电池模组电芯温度的快速推测方法、装置、设备和介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112861302A (zh) | 一种动力电池热管理仿真方法、装置及存储介质 | |
| Gümüşsu et al. | 3-D CFD modeling and experimental testing of thermal behavior of a Li-Ion battery | |
| Xie et al. | Enhanced optimization algorithm for the structural design of an air‐cooled battery pack considering battery lifespan and consistency | |
| US9306249B2 (en) | Method for estimating the temperature at the core of a battery cell | |
| Liu et al. | Design and parametric optimization of thermal management of lithium-ion battery module with reciprocating air-flow | |
| CN107959092B (zh) | 用于控制电池单元温度的方法 | |
| JP6163879B2 (ja) | 電池温度推定装置及び電池温度推定方法 | |
| CN110909443A (zh) | 一种高精度电池组充电剩余时间估算方法及系统 | |
| CN113794254B (zh) | 一种热管理策略配置方法、装置、计算机设备和存储介质 | |
| Chang et al. | Effects of reciprocating liquid flow battery thermal management system on thermal characteristics and uniformity of large lithium‐ion battery pack | |
| KR20220110948A (ko) | 디지털트윈 장치 및 디지털트윈 기반의 배터리 온도감시방법 | |
| CN112736320A (zh) | 一种冷却系统的冷却参数确定方法、装置及设备 | |
| Naveen et al. | Optimizing BTM of HV Battery Pack for Automotive Application Using Electro-Thermal Simulation | |
| CN111767625A (zh) | 锂离子电池包的热仿真方法 | |
| Karimi et al. | Optimized air-cooling thermal management system for high power lithium-ion capacitors | |
| Muratori et al. | A spatially-reduced dynamic model for the thermal characterisation of Li-ion battery cells | |
| Liu et al. | Review of thermal coupled battery models and parameter identification for lithium-ion battery heat generation in EV battery thermal management system | |
| Che Daud et al. | 3D electro‐thermal modelling and experimental validation of lithium polymer‐based batteries for automotive applications | |
| JP2022167921A (ja) | 蓄電池制御装置および制御方法 | |
| CN112214862B (zh) | 基于遗传算法的电池参数标定方法、系统及设备 | |
| CN111159828A (zh) | 电池箱散热优化设计方法及其装置、设备及存储介质 | |
| CN110110367B (zh) | 一种电化学储能机柜热仿真方法及系统 | |
| Kim et al. | Cooling performance of thermal management system for lithium-ion batteries using two types of cold plate: Experiment and MATLAB/Simulink-Simscape simulation | |
| Xie et al. | Adaptive thermal management for portable system batteries by forced convection cooling | |
| CN114186437A (zh) | 一种面向电源系统可靠性仿真分析的多物理场耦合退化模型降阶方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20211228 Address after: 511434 No. 36, Longying Road, Shilou Town, Panyu District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant after: GAC AION New Energy Vehicle Co.,Ltd. Address before: 510030 23 building, Cheng Yue mansion 448-458, Dongfeng Middle Road, Yuexiu District, Guangzhou, Guangdong. Applicant before: GUANGZHOU AUTOMOBILE GROUP Co.,Ltd. |