数字双床防止漏极电池组仿真时间

由Azita Soleymani,
电子冷却解决方案主任，美国圣克拉拉

全球向电动汽车(ev)的转移即将到来，除非出现替代技术，否则将由高容量锂离子(Li-ion)电池提供燃料。

赚取数亿锂锂离子电池世界最终需要电动流动性是一种充满技术挑战的大量承担。在可能在“绿色”汽车的大规模卷展览之前，必须解决关于电池组大小，重量，成本和可持续性的担忧。因此，有关电池寿命和安全性的问题，可能受到热情的影响。在给定范围内的调节电池和电池组温度的其他益处中，可以增加电池可以实现的循环次数，使性能更加可靠。更重要的是，有效的热管理解决方案可以降低灾难性电池故障的可能性。

电池模块的温度曲线

电子冷却解决方案，Inc。为电子工业提供热管理专业知识，使用分析和优化工具快速识别和解决热敏问题，包括ANSYS仿真软件。雷竞技提现什么要求

最近，该公司使用Ansys Fluent和Ansys 雷竞技提现什么要求Twin Builder研究了电池组热系统的设计优化。模拟电子冷却解决方案:

• 开发和验证用户舒适和安全的最佳操作设置
• 为攻击性方案验证设计，如快速驾驶，冷启动和快速充电
• 进行故障排除
• 预测性能随年龄的衰减

该图显示了来自锂离子电池等同电路模型的典型发热数据。颜色表示工作温度对发热速度的影响。

监控用于预防性维护的电池组

运营一辆电动汽车需要大量的能量，这就是为什么电池是如此重要和昂贵的部件。电池占电动汽车总成本的50%并不罕见。

有两种主要类型的锂离子电池单元：圆柱形和棱柱形。圆柱形电池较小，通常在直径为2cm，高度7厘米，并且在平均电池组中可以容易地是数千个。通常，细胞被组织成称为模块的簇。多个模块形成一个包。

与电子设备中的大多数电子集成电路和微芯片不同，锂离子电池组的最佳温度范围非常窄，依赖于电池供应商，充电和放电模式等因素而变化。为了确保性能 - 并避免不可逆转损坏 - 电池的平均温度和它们之间的温度差应在目标范围内。

电池组设计有隔板，防止电极彼此接触并产生热量。不幸的是，分离器失灵的原因有很多:侧面碰撞可能会撕裂它们，电击可能会刺穿它们，环境或与汽车操作相关的极端温度可能会导致分离器崩溃。如果这些事件发生，就会导致热失控。结果，电池开始冒烟、着火甚至爆炸。至于汽车，这可能是一个完全的损失。

为了防止这些问题，电子冷却解决方案的特点是一个强大的，可靠的和成本效益的电池组温度监测系统。因为锂离子电池组是一个高度复杂的多物理系统，该公司必须考虑多种关键因素，如瞬态分析:

• 由于电池组母线用于局部大电流功率分配，而电化学反应的速度依赖于温度、荷电状态(SoC)、电流和电池的电化学性能，因此产生热量是电池组母线设计的一个功能
• 除热率随冷却剂流量的变化，冷却系统的设计和冷却剂物性随温度的变化
• 三维散热散热

实验（DOE）方法的设计必须纳入一系列条件，以确保满足所有热需求：快速充电，冷启动，低温充电，充电低，驱动循环不同。

使用传统的计算流体动力学(CFD)来验证设计是不现实的，因为需要考虑大量的情况。虽然可以执行和连接一维和三维模拟，但每种方法都有可能导致设计问题的局限性。例如，虽然一维模拟是快速的，并且允许多物理分析，但它不包括问题的三维可视化。另一方面，考虑到大量的情况，三维瞬态电池组仿真计算成本很高。

为了克服这些问题，电子冷却解决方案开发了一种数字双胞胎，提供了3D电池组模拟的准确性和可靠性和1D的计算速度。

2RC模型代表了锂离子电池的时序热性能和电性能

数字孪生使实时分析成为可能

该公司使用双胞胎Builder捕获实时传感器数据，并开发一个数字双模型的锂离子电池组，在实时环境中捕获了实时行为。这允许工程师在各种输入和操作条件下进行深入的根本原因分析，包括初始SOC，温度，冷却剂流速和不同的充电和放电型材。

要生成数字双床，工程师开始表征电池性能。考虑到锂离子电池电池的高度复杂的多体性性质，一次瞬间的每个电池单元的热负荷取决于电池类型（制造参数），SOC，电池温度，充电/放电模式，电流提取的大小来自细胞和老化。通常，每个单元由2RC模型表示（具有一个电阻和串联电压源）。工程师还进行了混合脉冲功率表征（HPPC）测试，以表征和估计小区参数。

接下来，他们使用Twin Builder创建了一个电池的等效电路模型(ECM)，该模型可以解释所有的电化学行为，然后将该模型应用于实时发热。ECM方法是基于电池的阻抗响应-即其对交流的电阻-在不同的外部条件下。

然后使用Fluent执行瞬态3D仿真以在电池组电池组级生成响应曲线。它们将响应曲线馈入降低的订单模型（ROM）应用流利，以创建电池组的ROM。将电池单元的ROM和ECM连接在双制造器中产生的电池组的数字双模型。它具有传统的3D分析的准确性和1D系统级分析的速度。

电子冷却解决方案通过与现有测试数据比较结果验证了开发的模型。然后，他们使用该模型来评估各种操作下的设计可行性，并对设计进行优化和排除故障。

主流电动车辆的热管理

锂离子电池的热管理是一种令人生畏的任务，可以计算得昂贵且耗时。但是在2040年之前，在这条路上有超过一半的新车将是全电动，¹车辆的可靠性和驾驶员的安全依赖于它。

通过依靠ANSYS结果驱动的雷竞技提现什么要求软件，电子冷却解决方案能够考虑有效的热监测系统所需的关键设计元件，并与其他方法相比，从数周到小时显着降低计算时间。这导致了显着的上市时间减少。电子冷却解决方案为其客户提供了一种高性能产品的建议，旨在帮助将EVS进入主流 - 并将未来更接近现实。

源

1. 彭博新能源财经网站2019年9月6日报道:“到2040年，一半以上的新车将是电动汽车。