CN114970397B - 一种动力电池包均温性的确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种动力电池包均温性的确定方法及装置，该方法包括：先获取预设的电池包设计方案；再根据电池包设计方案，构建传热路径模型；然后根据传热路径模型进行流热场仿真，得到仿真结果；接着根据仿真结果定量分析传热路径的传热功率，得到定量分析结果；最后根据定量分析结果确定满足均温性要求的电池包设计方案，能够快速对传递路径进行定量分析，成本低，从而快速提出优化方案。

Description

一种动力电池包均温性的确定方法及装置

技术领域

本申请涉及电动汽车技术领域，具体而言，涉及一种动力电池包均温性的确定方法及装置。

背景技术

动力电池是一种能为各种交通工具提供电能的电池，相对普通对小型设备供电的电池而言，它具有较大的电能储备，能够满足较大电能的需求。现有确定电池包的均温性能的方法，通常是通过物理样件，进行电池包环境模拟试验，从而获得电池包的温差结果。然而，在实践中发现，现有方法必须有物理样件，成本高周期长；而且，只能获得电池包的温差结果，不能对传递路径进行定量分析，无法快速提出优化方案。可见，现有方法成本高周期长，不能对传递路径进行定量分析，无法快速提出优化方案。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种动力电池包均温性的确定方法及装置，能够快速对传递路径进行定量分析，成本低，从而快速提出优化方案。

本申请实施例第一方面提供了一种动力电池包均温性的确定方法，包括：

获取预设的电池包设计方案；

根据所述电池包设计方案，构建传热路径模型；

根据所述传热路径模型进行流热场仿真，得到仿真结果；

根据所述仿真结果定量分析传热路径的传热功率，得到定量分析结果；

根据所述定量分析结果确定满足均温性要求的电池包设计方案。

在上述实现过程中，先获取预设的电池包设计方案；再根据电池包设计方案，构建传热路径模型；然后根据传热路径模型进行流热场仿真，得到仿真结果；接着根据仿真结果定量分析传热路径的传热功率，得到定量分析结果；最后根据定量分析结果确定满足均温性要求的电池包设计方案，能够快速对传递路径进行定量分析，成本低，从而快速提出优化方案。

进一步地，所述根据所述电池包设计方案，构建传热路径模型，包括：

根据所述电池包设计方案确定电池包系统的结构拓扑关系；

根据所述电池包设计方案和所述结构拓扑关系，构建所述电池包系统内部热交换的传热路径模型。

进一步地，所述根据所述传热路径模型进行流热场仿真，得到仿真结果，包括：

根据所述传热路径模型建立电池包网格模型；

根据所述电池包网格模型对电池低温加热工况进行仿真，得到仿真结果。

进一步地，所述传热路径模型至少包括电池模组、端板、导热胶、水冷板、冷却液、电池包结构梁之间的热交换拓扑关系。

本申请实施例第二方面提供了一种动力电池包均温性的确定装置，所述动力电池包均温性的确定装置包括：

获取单元，用于获取预设的电池包设计方案；

构建单元，用于根据所述电池包设计方案，构建传热路径模型；

仿真单元，用于根据所述传热路径模型进行流热场仿真，得到仿真结果；

分析单元，用于根据所述仿真结果定量分析传热路径的传热功率，得到定量分析结果；

确定单元，用于根据所述定量分析结果确定满足均温性要求的电池包设计方案。

在上述实现过程中，获取单元先获取预设的电池包设计方案；构建单元再根据电池包设计方案，构建传热路径模型；然后仿真单元根据传热路径模型进行流热场仿真，得到仿真结果；接着分析单元根据仿真结果定量分析传热路径的传热功率，得到定量分析结果；最后确定单元根据定量分析结果确定满足均温性要求的电池包设计方案，能够快速对传递路径进行定量分析，成本低，从而快速提出优化方案。

进一步地，所述构建单元包括：

确定子单元，用于根据所述电池包设计方案确定电池包系统的结构拓扑关系；

构建子单元，用于根据所述电池包设计方案和所述结构拓扑关系，构建所述电池包系统内部热交换的传热路径模型。

进一步地，所述仿真单元包括：

建立子单元，用于根据所述传热路径模型建立电池包网格模型；

仿真子单元，用于根据所述电池包网格模型对电池低温加热工况进行仿真，得到仿真结果。

进一步地，所述传热路径模型至少包括电池模组、端板、导热胶、水冷板、冷却液、电池包结构梁之间的热交换拓扑关系。

本申请实施例第三方面提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行本申请实施例第一方面中任一项所述的动力电池包均温性的确定方法。

本申请实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行本申请实施例第一方面中任一项所述的动力电池包均温性的确定方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种动力电池包均温性的确定方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种动力电池包均温性的确定装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种动力电池包结构模型的示意图；

图4为本申请实施例提供的一种模组结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种热交换拓扑关系示意图；

图6为本申请实施例提供的一种热传递路径的路径示意图；

图7为本申请实施例提供的一种电池包网格模型的示意图；

图8为本申请实施例提供的一种电池内部温度云图示意图；

图9为本申请实施例提供的一种电池内部温升曲线示意图；

图10为本申请实施例提供的一种电池模组M1的低温加热路径的示意图；

图11为本申请实施例提供的一种电池模组M8的加热路径的示意图；

图12为本申请实施例提供的一种电池包设计方案的优化结构示意图；

图13为本申请实施例提供的一种优化后电池包经建模仿真分析得到的温度分布示意图；

图14为本申请实施例提供的一种优化后电池包经建模仿真分析得到的温升曲线示意图；

图15为本申请实施例提供的一种电池包设计方案经过试验测试得到的试验温升曲线示意图。

图标：M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8-电池模组；1、2-水冷板。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

请参看图1，图1为本申请实施例提供了一种动力电池包均温性的确定方法的流程示意图。其中，该动力电池包均温性的确定方法包括：

S101、获取预设的电池包设计方案。

S102、根据电池包设计方案确定电池包系统的结构拓扑关系。

S103、根据电池包设计方案和结构拓扑关系，构建电池包系统内部热交换的传热路径模型。

请一并参阅图3，图3是本申请实施例提供的一种动力电池包结构模型的示意图。先根据电池包设计方案构建传热路径模型，设某BEV车型的动力电池包结构模型如图3所示，电池包由8个电池模组128个电芯串联而成，这8个电池模组分别为电池模组M1、电池模组M2、电池模组M3、电池模组M4、电池模组M5、电池模组M6、电池模组M7以及电池模组M8。电芯底部分别为导热垫和电池水冷板。电池包的水冷板1和水冷板2结构一致，水冷板水槽设计如图3所示，采用6进4出设计。模组结构如图4所示，一个模组由16个电芯组成，每四个电芯之间通过泡棉隔开，两端通过固定端板与电池包结构梁固定，固定端板与电池通过绝缘PC(Polycarbonate)板隔开。

本申请实施例中，可以根据电池包设计方案及其结构拓扑关系，构建出电池包系统内部热交换的物理模型，即电池包系统内部热交换的传热路径模型。图5示出了电池模组、端板、导热胶、水冷板、冷却液、电池包结构梁之间的热交换拓扑关系。根据图5可以知电池包的热传递路径3条主要路径。如图6所示，路径①包括：冷却液→冷板→导热胶→电池模组；路径②包括：冷却液→冷板→结构梁→左端板→电池模组，路径③包括：冷却液→冷板→结构梁→右端板→电池模组，其中，路径①与路径③通过两端对电池模组加热，路径②通过电池模组底部对电池加热。

本申请实施例中，传热路径模型至少包括电池模组、端板、导热胶、水冷板、冷却液、电池包结构梁之间的热交换拓扑关系。

S104、根据传热路径模型建立电池包网格模型。

本申请实施例中，根据传热路径模型建立电池包网格模型，即根据电池包三维几何模型建立电池包网格模型。

S105、根据电池包网格模型对电池低温加热工况进行仿真，得到仿真结果。

本申请实施例中，通过CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学)方法对电池包系统建模及仿真得到电池包温度场。如图7所示，电芯、固定端板、PC、泡棉、导热胶、水冷板、结构梁采用多面体网格，流体域采用多面体加边界层网格，最终网格数量约1300万。根据低温加热试验条件与整车相关参数，对电池低温加热工况进行仿真，环境温度-30℃，初始温度-30℃，进口流量10L/min，进口水温45℃。加热40分钟后，电池内部温度云图如图8所示，电池内部温升曲线如图9所示。

本申请实施例中，为验证电池系统热仿真模型的可靠性，特将低温加热过程中的模拟温度变化与实验数值进行比较，通过表1可知，模拟结果与实验结果变化规律一致，热仿真模型最大误差为0.5℃，最高、最低温度、最大温差误差均在5％以内，进一步对比单个模组的仿真与试验结果如表2所示，各模组最大温差仿真与试验最大误差约3％，综合误差在可接受范围，说明该模型可满足温度计算与分析的要求。

表1仿真与试验电池温度数据对比表

表2模组温差仿真与试验数据对比表

在步骤S105之后，还包括以下步骤：

S106、根据仿真结果定量分析传热路径的传热功率，得到定量分析结果。

本申请实施例中，在根据仿真结果对传热路径的传热功率进行定量分析时，即根据结合低温加热仿真计算模型结果，对电池包内各路径上的加热和传热功率进行定量分析。从整个电池包的温度云图分析可知，8个电池模组中电池模组M1温度最高，电池模组M8温度最低，电池模组M1和电池模组M8的温差直接影响整包的最大温差。其次，以单个模组内的温差角度分析，其中电池模组M1的温差最大，最大温差18.3度，电池模组M8的最大温差8.5℃，说明在控制模组间温差的同时还需考虑调整单个模组内的温度差异。

图10为电池模组M1的低温加热路径，图11为电池模组M8的加热路径，对于单个电池模组，其中，对于加热路径①：低部水冷板→导热胶→电池模组，电池的温度分布为底部温度较高，上表面温度较低，模组的温差主要取决于电芯Z向导热系数，又因电芯Z向导热系数较大，约为18W/(m·K)，故在高度方向不会形成较大温度梯度。而加热路径②和加热路径③，即电池模组两侧端板的加热路径，热传导方向为电芯厚度方向，此方向电芯的导热系数较低(1W/(m·K))约为Z向的1/18，又因电芯之间有导热系数极低的隔热泡棉(0.04W/(m·K))设计，这样会使得模组靠近端板的电芯温度高，而中间位置电芯温度较低，使得模组内形成较大温差。通过上述分析发现：导致模组内温差偏大的原因主要是端板两侧加热与电芯厚度方向导热系数较小叠加影响的结果。

S107、根据定量分析结果确定满足均温性要求的电池包设计方案。

本申请实施例中，根据定量分析结果，电池模组加热路径需调整为单一方向加热，即模组底部的导热胶加热，尽量减少两侧端板传热路径的热量来源。优化结构如图12所示，在端板与PC板之间增加厚度1.5mm的泡棉，泡棉的导热系数低，约为0.04W/(m·K)，是PC板的1/5，增加了电池模组两端电芯与端板之间的热阻，有效阻挡了端板侧的热量传导。优化后电池包经建模仿真分析得到温度分布如图13所示，优化后电池包经建模仿真分析得到的温升曲线如图14所示。仿真结果显示最大温差较原方案大幅降低，约为12.2℃，低于15.0℃的目标值，可见，获得的电池包设计方案满足低温加热温差性能目标并优化了温度场分布。最终电池包设计方案经过试验测试得到试验温升曲线如图15所示，电池包最大温差12.5℃，小于15℃的温差设计目标，满足低温加热性能要求。

本申请实施例中，该方法是基于电池包设计方案及拓扑结构建立热交换与传热路径模型，再通过CFD方法进行流热场仿真，得到电池包的温度场结果，再根据仿真模型定量分析传热路径的传热功率，在再根据路径的定量分析结果确定电池包的均为性能及优化方案，最终获得满足均温性能要求的电池包系统方案。

本申请实施例中，该方法的应用可以在电池包设计早期对电池包均温性能进行评估，不仅能获得电池包的温度场、温差结果，还能对传递路径进行定量分析，快速找到满足设计目标的优化方案。大幅缩短开发及节约成本，提升电池包热管理设计方案的迭代效率。

本申请实施例中，该方法的执行主体可以为计算机、服务器等计算装置，对此本实施例中不作任何限定。

在本申请实施例中，该方法的执行主体还可以为智能手机、平板电脑等智能设备，对此本实施例中不作任何限定。

可见，实施本实施例所描述的动力电池包均温性的确定方法，能够快速对传递路径进行定量分析，成本低，从而快速提出优化方案。

实施例2

请参看图2，图2为本申请实施例提供的一种动力电池包均温性的确定装置的结构示意图。如图2所示，该动力电池包均温性的确定装置包括：

获取单元210，用于获取预设的电池包设计方案；

构建单元220，用于根据电池包设计方案，构建传热路径模型；

仿真单元230，用于根据传热路径模型进行流热场仿真，得到仿真结果；

分析单元240，用于根据仿真结果定量分析传热路径的传热功率，得到定量分析结果；

确定单元250，用于根据定量分析结果确定满足均温性要求的电池包设计方案。

作为一种可选的实施方式，构建单元220包括：

确定子单元221，用于根据电池包设计方案确定电池包系统的结构拓扑关系；

构建子单元222，用于根据电池包设计方案和结构拓扑关系，构建电池包系统内部热交换的传热路径模型。

作为一种可选的实施方式，仿真单元230包括：

建立子单元231，用于根据传热路径模型建立电池包网格模型；

仿真子单元232，用于根据电池包网格模型对电池低温加热工况进行仿真，得到仿真结果。

本申请实施例中，传热路径模型至少包括电池模组、端板、导热胶、水冷板、冷却液、电池包结构梁之间的热交换拓扑关系。

本申请实施例中，对于动力电池包均温性的确定装置的解释说明可以参照实施例1中的描述，对此本实施例中不再多加赘述。

可见，实施本实施例所描述的动力电池包均温性的确定装置，能够快速对传递路径进行定量分析，成本低，从而快速提出优化方案。

本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行本申请实施例1中的动力电池包均温性的确定方法。

本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行本申请实施例1中的动力电池包均温性的确定方法。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (4)

1.一种动力电池包均温性的确定方法，其特征在于，包括：

获取预设的电池包设计方案；

根据所述电池包设计方案，构建传热路径模型；所述传热路径模型为电池包三维几何模型；

根据所述传热路径模型建立电池包网格模型；所述电池包网格模型包括电芯、固定端板、PC板、泡棉、导热胶、水冷板、结构梁对应的多面体网格，和流体域对应的多面体加边界层网格；

根据所述电池包网格模型对电池低温加热工况进行流热场仿真，得到仿真结果；

根据所述仿真结果定量分析传热路径的传热功率，得到定量分析结果；

根据所述定量分析结果确定满足均温性要求的电池包设计方案；

其中，所述根据所述电池包设计方案，构建传热路径模型，包括：

根据所述电池包设计方案确定电池包系统的结构拓扑关系；

根据所述电池包设计方案和所述结构拓扑关系，构建所述电池包系统内部热交换的传热路径模型；

其中，所述传热路径模型至少包括电池模组、固定端板、导热胶、水冷板、冷却液、结构梁之间的热交换拓扑关系；

其中，所述电池包的传热路径包括3条主要路径，路径1包括：冷却液→水冷板→导热胶→电池模组；路径2包括：冷却液→水冷板→结构梁→左端板→电池模组，路径3包括：冷却液→水冷板→结构梁→右端板→电池模组，其中，路径1与路径3通过两端对电池模组加热，路径2通过电池模组底部对电池加热。

2.一种动力电池包均温性的确定装置，其特征在于，所述动力电池包均温性的确定装置包括：

获取单元，用于获取预设的电池包设计方案；

构建单元，用于根据所述电池包设计方案，构建传热路径模型；所述传热路径模型为电池包三维几何模型；

仿真单元，用于根据所述传热路径模型进行流热场仿真，得到仿真结果；

分析单元，用于根据所述仿真结果定量分析传热路径的传热功率，得到定量分析结果；

确定单元，用于根据所述定量分析结果确定满足均温性要求的电池包设计方案；

其中，所述仿真单元包括：

建立子单元，用于根据所述传热路径模型建立电池包网格模型；其中，所述电池包网格模型包括电芯、固定端板、PC板、泡棉、导热胶、水冷板、结构梁对应的多面体网格，和流体域对应的多面体加边界层网格；

仿真子单元，用于根据所述电池包网格模型对电池低温加热工况进行流热场仿真，得到仿真结果；

其中，所述构建单元包括：

确定子单元，用于根据所述电池包设计方案确定电池包系统的结构拓扑关系；

构建子单元，用于根据所述电池包设计方案和所述结构拓扑关系，构建所述电池包系统内部热交换的传热路径模型；

其中，所述传热路径模型至少包括电池模组、固定端板、导热胶、水冷板、冷却液、结构梁之间的热交换拓扑关系；

其中，所述电池包的传热路径包括3条主要路径，路径1包括：冷却液→水冷板→导热胶→电池模组；路径2包括：冷却液→水冷板→结构梁→左端板→电池模组，路径3包括：冷却液→水冷板→结构梁→右端板→电池模组，其中，路径1与路径3通过两端对电池模组加热，路径2通过电池模组底部对电池加热。

3.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1所述的动力电池包均温性的确定方法。

4.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行权利要求1所述的动力电池包均温性的确定方法。