电池包温控策略模拟

  STAR CCM Online   2020-10-11 次浏览

一、背景

电动车成败除了电池本身性能外，电池管理系统(BatteryManagement System, BMS)与电能管理系统(Energy ManagementSystem, EMS)也是最关键核心技术。BMS是对电池进行管理的系统，通常具有量测电池电压的功能，防止或避免电池过放电、过充电、过温度…等异常状况出现。透过BMS系统可将电池资讯传送至EMS来进行整车能量管理，结合适当的控制策略，达到有效且高效使用电池的目的。在新能源汽車研发工程师使用STAR-CCM+软件对电池性能进行电化学/热流模拟，同时有需要实现温控策略模拟。本报告拟介绍电池温度监控，自动控制电池发热源策略，符合BMS/EMS管理系统需求。

二、研究目的

(1)电池包最高温 < 30 ℃时, 电池包发热功率 100 W;

(2)电池包最高温 ≧30 ℃时, 电池包发热功率 30 W;

三、研究方法

对电池包进行热仿真，初始温度28 ℃，为简化问题只对电池包进行热传导模拟。本问题关键技术在如何提取当前(或上一步)时间步温度为判定条件，实现电池包发热功率控制策略。

1.    STAR-CCM+ 可获得当前(Current)温度统计监测值;

2.    软件无法直接提供上一步(Old)温度统计监测值。我们可间接藉由向后移动平均(Report Statistic mean of Last N samples )，方法如下:

（1）在Reports, 选取 Statistic Report

（2）Statistic: mean

（3）Sample collection policy:Last N Samples

（4）Monitor: 选取当前(Current)温度统计监测值

（5）Sample Count(平均样本数): 设定为1。

*补充: ReportStatistic mean of Last N samples(向后移动平均)

10个依序数据数列[X1,X2,X3,X3,X4,X5,X6,…X10]=[1,2,3,4,5,6,…10]

Case 1:  选取平均样本数为1

当下数据是X2，在此时选取平均样本数为1的向后移动平均为X1。

当下数据是X3，在此时选取平均样本数为1的向后移动平均为X2。

Case 2:  选取平均样本数为2

当下数据是X3，在此时选取平均样本数为2的向后移动平均为：

1/2*Sum (X1:X2)。

当下数据是X4，在此时选取平均样本数为2的向后移动平均为：

1/2*Sum (X2:X3)。

Case 3:  选取移动平均样本数为5

当下数据是X6，在此时选取平均样本数为5的向后移动平均为：

1/5*Sum (X1:X5)。

当下数据是X7，在此时选取平均样本数为5的向后移动平均为：

1/5*Sum (X2:X6)。

3.热源设定步骤如下:

(1)  在Tools/ Parameter设定: 初始温度(Init_Temp), 触发控制温度(Temp_Trig), 高发热热源(Heatsource_H), 低发热热源(Heatsource_L)

(2)  在Tools/Field Function: 定义Heatsource:

(3)  在Regions设定发热功率源项：

四、结果

五、讨论

1.   本方法可应用于电池包风冷/液冷流量管理。电池主要供应电动车动力能量，行驶里程数是主要考量因素。对于电池包热管理冷却也需要控制策略，达到电池安全与经济的多目标需求。

2.   在建筑暖通(HVAC)模拟温控器（Thermostat）操作也可以适用。

来源：STAR CCM Online