GT-SUITE 電池包解決方案 - 美國電池解決方案公司(ABS)案例 - 艾索科技

電池包三維 CFD 分析通常受網格尺寸影響，計算周期相對較長。 面對產品快速反覆運算的需求，如何快速、準確地對電池包進行分析是提升產品競爭力的關鍵。 本文為美國電池解決方案公司（ABS, American Battery Solutions）利用 GT-SUITE 實現電池包分析，並完成在極端天氣下對電池包熱管理控制策略方案的驗證，從而縮短了產品研發時間和成本。

 

一、電池解決方案的研究動機

隨著世界各國對汽車排放標準越來越嚴格，各大車企都紛紛加快了對新能源汽車領域的研發工作。 純電動貨車也越來越普及，但貨車全年都會在工作，高溫天氣和寒冷天氣都不例外，因此為了保證電池具有長續航能力，必須驗證電池包在極端環境條件下的性能，同時還要考慮到電池包的老化特性。

 

二、GT-SUITE 如何進行流動分析?

為了確保電池包的熱分析準確，首先要讓 GT-SUITE 計算的冷板流阻與實驗相互吻合，因此將冷板的 CAD 模型導入到 GEM 3D模型中，透過離散轉化成 GT-SUITE 模型。

從下圖的分析結果中可以看到，在不同流量的情況下，GT-SUITE計算的冷板壓降與測試值平均誤差較小，在低流量的情況下，誤差稍微偏大; 在高流量時，誤差率不到1%。

 

三、電池包的熱模型

運用 GT-SUITE 建立了電池、TIM 和 PET 的簡化熱模型。

在這個模型中，我們將電池的平均溫度、冷板的平均溫度與流量分配相關聯，這是因為流量的分配與電池組的溫度是直接相關的。 因此用了多個不同流速和不同溫度的邊界。在沒有實驗數據的情況下，使用 CFD 計算的結果數據對該模型進行驗證，從下圖分析結果我們可以看出 GT-SUITE 計算的冷板流量分配和 CFD 分析結果十分接近。

下圖是 GT-SUITE 計算出的電池溫度、冷板溫度的模擬結果與實驗測試結果比較，基本上和測試結果一致，而且達到最大溫度的時間也吻合。

 

四、控制策略驗證

電池包熱分析驗證完後，還需要對電池包的控制策略進行驗證，因此將 GT-SUITE 模型集成到 Simulink 中來測試控制邏輯，並了解系統基於不同的邏輯做出的回應，像是電池包處於極端環境中時，Simulink 會如何回應。

控制策略是：當電池溫度到達上限閾值時，Chiller 必須工作，當電池溫度到達下限閾值時，它必須關閉；相同的，當電池溫度到達最低閾值時，加熱器必須打開，當溫度到達上限時，電池加熱器必須關閉。

如下圖，當電池平均溫度達到下限時加熱器就會打開，確保電池處於正常工作的溫度區間；當電池平均溫度達到上限，通過降低冷卻液的溫度來冷卻它; 甚至當電池功率突然增加，系統仍按我們預想策略的去執行。

 

五、電池老化研究

為了測試不同條件下的電池老化性能，我們使用 GT-AutoLion 建立了 1D 的電池模型，並將 GT-AutoLion 計算的結果與我們在室內測試獲得的數據進行比較，下圖為其中一組數據的比較，從結果可以看出 GT-AutoLion 計算出的電壓曲線和實驗測試結果基本吻合，並且結束時電池溫度模擬與實驗呈現幾乎完美的一致 ，實驗溫度為26.27°C， 模擬溫度為26.03°C。

 (室內測試的條件設定：3 種不同溫度和 4 種不同放電速率)

另外還做了電池迴圈老化研究，迴圈周期結束時一致性也不錯，誤差在2%以內。

 

六、總結

以上通過藉助 GT-SUITE 完成對電池包流動、熱分析、老化分析及策略驗證的運用，從分析結果和測試數據比對來看， GT-SUITE可以代替CFD來完成電池包大部分的分析工作，並且降低產品研發時間和成本。

 

文章來源：2022-GTTC-US-American-Battery-Impact-of-GT

 

關於 Gamma Technologies

Gamma Technologies（GTI）成立於1994年——享譽全球的整車/發動機模擬領域多物理場CAE系統模擬軟體GT-SUITE軟體開發商，位於美國芝加哥。 GT-SUITE是一款用於車輛系統模擬、分析的CAE（計算機輔助工程）工具，為全世界所有主要車輛和發動機相關企業和研究、諮詢單位使用，代表了該領域最先進的技術和開發方向。 GT-SUITE豐富的物理場模型庫，涵蓋流體、機械、熱、電、磁、化學和控制等各類模組。 其模組化結構，可調高精度模型和開放介面，可支撐從概念設計到驗證的全部開發流程。 GT-SUITE使用者廣泛，應用範圍遍佈傳統燃油車、混合動力汽車、新能源汽車、動力總成、傳動系統、發動機、電動機、壓縮機、催化器、化工、雜訊分析、冷卻和熱管理系統、空調系統、液壓系統、供油系統、潤滑系統等各個工程領域。

2018年2月，Gamma公司收購美國EC Power旗下動力電池模擬軟體AutoLion® ，通過提升既有的混合動力，純電動汽車和燃料電池汽車等電氣化強大能力，更加鞏固了Gamma公司作為xEV 開發模擬供應商領先地位！

 

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