电动汽车自动化电池组设计-绵羊汽车生活记录

自20世纪90年代初期行动商用技艺推出此后，锂离子电池就渐渐成为便携式电子产物和电动汽车墟市中最受接待的可充电能量存储筑造。包罗电极的轻量型锂化合物与其它类型的电池比拟，能完毕更高的比能（瓦特-小时/千克）。少量电池单位敌手机或札记本电脑来说可能够用，然而要念驱动电动汽车，就务必将成百上千个电池单位贯串正在一齐，行动大得众的电池组体例供给电力。

24单位电池模块的ANSYS Simplorer模子，由12个双单位电池单元组成，具有自愿电气贯串和热贯串

24单位电池模块的ANSYS Simplorer预测结果（蓝线驾驶方法衡量获得的尝试数据（红线）举办比照，搜罗：电池组总电压a)，单位荷电状况b)，均匀单位温度c)，以及电池组热天生d)。

汽车创筑商及其供应商正在美国能源部(DOE)汽车技艺办公室的接济下协同勤勉，旨正在进一步降低电动汽车(EV)电池的比能，同时减小电池体例的总体尺寸和重量，并仍旧太平办事前提，从而占据EV Everywhere（电动车普及远景）中提出的众项强大离间。EVEverywhere中的高大宗旨搜罗正在2022年以前将能源本钱低浸至125美元/千瓦时，是以，愚弄仿真东西安排电池体例并正确预测职能就成为研发计谋中的症结一环。

从2012年起首，通用汽车公司指挥的一支团队参预由DOE国家可再生能源尝试室统制的一个项目，即电动汽车电池计较机辅助工程(CAEBAT)项目。该团队由GM咨议职员和工程师、ANSYS软件开拓职员和利用工程师以及ESimLLC的员工构成。GM CAEBAT项方针宗旨之一即是开拓电池组安排东西，搜罗愚弄和扩展体例级仿真套件的成效。

汽车电池组恐怕包罗数百以至数千个单位，这些单位显示出精细耦合的电化学和热举止，是以，一个要紧离间是仍旧最佳的体例办事前提限制，以最大水准地裁汰质料降解和容量牺牲。从汽车OEM厂商的角度来说，使扫数电池组仍旧正在25摄氏度至35摄氏度（77 F至95 F）的温度限制看待体例牢靠性而言至闭要紧。因为方圆境遇温度可抵达-40摄氏度至50摄氏度（-40F至122F），是以每个单位的温度匀称性须要由专用的热统制体例来维护。是以，为电池组安排高效庄重的冷却体例看待电动汽车创筑商而言是一项很要紧的工程工作。

为了了解电池组的耦合电化学和热转达性情，须要遵循扫数电池单位体例的空间区别率举办预测。然而，云云的音信恐怕惟有通过资源繁茂型和极为耗时的全场仿真能力得回，但当汽车开拓周期对照危殆时这种要领往往不真实践。其余，工程师务必捕获各式驾驶方法（比如EPA的US06周期，即代表采用众种危险变速的攻击性驾驶举止）下影响电池组载荷的瞬态前提。当不必运用全场数据时，ANSYS Simplorer完毕的体例级要领就额外行之有用。汽车工程师须要迅速结束安排迭代，以评估潜正在的冷却体例安排计划。

为治理上述安排离间，GM的咨议职员正在Simplorer中对无缺电池组域举办拆分，以创筑电池单元模子的表达。单元模子是一个或众个电池单位与相邻冷却通道的组合。咨议团队运用现成的Simplorer组件来表现内部电阻、电容以及电气和热举止源，遵循电道和热转达筑模的表面和体验公式创筑众个差别单元模子。结束后，将这些电池单元轻易地存储正在Simplorer用户库中，轻易电池组安排师以来运用。

正在电池组中，独立单位通过电线并联以组成单位组，单位组用电线串联以组成模块。为了也许自愿复制电池单元、单位组和模块，并贯串正在一齐组成电池组，CAEBAT团队开拓了一种用Python编写的、对Simplorer用户界面的扩展标准，云云只消求输入几个整数值就能指定电池组装备。正在定位、走线和分层组织结束后，Simplorer扩展标准会增添用VHDL-AMS筑模发言编写的定制组件来代表冷却剂歧管，以及表现驾驶方法的瞬态载荷。然后，电池组安排职员可能更改电池组中任何独立单元的参数，以了解恐怕的热闲逸，或者将其替代为用户库中的其它电池单元，以斟酌众种单位至单位创筑计划的影响。这种自愿化与圆活性的集合使CAEBAT团队也许评估众种电池组装备计划，斟酌冷却器滚动速度的差别特性，并预测对驾驶方法（比如US06）的热和电气反映。

ANSYS Simplorer电池单元模子实例，包罗六参数电道模子（上）和代表一个电池单位和冷却通道的热模子（下）

GM的咨议职员将24单位电池参考模块的Simplorer模子与尝试测试结果举办比照，从而对体例级的计划举办验证。正在GM电池单元模子中，一个六参数的电途径模子与一个热轮回子模子耦合正在一齐。Simplorer中所获得的电池组总电压、荷电状况和每个单位均匀温度的预测值紧紧尾随通过尝试室试验巡视到的转移趋向。从长久来看，CAEBAT团队合营伙伴正正在咨议这种体例级仿真计划的加强成效。个中搜罗，扩张电池寿命筑模成效以预测永恒运用后电池单位的容量衰减；并可将Simplorer电池组模子中所选的电池单元替代为全3DANSYS Fluent单位模子以及降阶模子，以便更精细检验独立电池单位。通过体例级要领得回的音信看待GM来说异常要紧，便于其针对众个题目举办量度了解，比如氛围冷却与液体冷却的拔取，电池样式，或者电池统制体例独揽逻辑的影响，这些题目务必正在修筑腾贵的原型硬件之前加以治理。将这种仿真要领引入开拓经过，有助于辅导总体的电池组安排偏向，接济汽车创筑商抵达DOE的安插宗旨，并餍足不竭伸长的电动汽车消费墟市的需求。