电池包作为电动汽车上装载电池组的主要储能装置,是混动/电动汽车的关键部件,其性能直接影响混动/电动汽车的性能。目前电池普遍存在比能量和比功率低、循环寿命短、使用性能受温度影响大等缺点。由于车辆空间有限,电池工作中产生的热量累积,会造成各处温度不均匀从而影响电池单体的一致性。从而降低电池充放电循环效率,影响电池的功率和能量发挥,严重时还将导致热失控,影响系统安全性与可靠性。为了使电池组发挥最佳的性能和寿命,需要对电池进行热管理,将电池包温度控制在合理的范围内。
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。
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。