纯电动车电池包热管理系统仿真分析及整车应用研究

为应对日益突出的燃油供求矛盾和环境污染问题,国家陆续发布了一系支持、鼓励发展新能源汽车的产业规划和政策。在新能源汽车发展中纯电动汽车又是主要发展方向。动力电池作为纯电动汽车的核心零件,由于整车的高续航性能要求,高能量密度的三元锂离子电池被广泛应用于动力电池领域。然而锂离子电池本身的电化学体系所决定的其最佳工作温度范围在25~35℃之间。因此开发一个智能高效的电池热管理系统,是各个主机厂需要重点研发和突破的技术问题,以提高电池的充放电性能,延长使用寿命,给客户带来更好的驾驶及使用体验。现阶段常用的电池热管理系统解决方案较多而且效果有待改善。但是如果首先能够基于电池单体发热机理构建高精度电池产热模型,并以单体模型为基础结合三维流体分析软件构建的三维电池包热仿真模型,描述电池系统中热场分布,表征系统内热传输机理,是开发设计高效的电池热管理系统关键路径和有效方法。本文基于对方形电芯的热物性模型参数识别和混合脉冲功率性能测试参数建立了方形锂离子单体发热模型,并以此为基础完成了基于STAR-CCM+、BDS、BSM和GT-SUITE仿真软件的联合建模,结合整车搭载实测结果对热管理模型进行了验证和标定,形成切实可行的纯电动汽车电池包与整车的热管理仿真分析与计算方法,极具工程意义。本文主要的研究内容和结论如下:利用HPPC测试数据导入到BDS软件模块中,建立电芯发热模型,在STAR CCM+的BSM模块中导入BDS电芯模型,同时建立完整的电池包模型,进行电池包的电化学和热流场的耦合分析,并进行了仿真测试与试验对标,说明所建立的电池包热模型较为合理和精确地反应动力电池组发热特性,也间接验证了所构建的单体热模型的正确性,为后续整车级别热管理模型的搭建奠定了的基础。利用GT-SUITE软件搭建了电池包的物理模型和热模型,并通过与电池包单体台架试验结果对比标定,构建了同时满足计算精度和计算速度的电池包仿真模型。为仿真计算车辆的动力经济性,搭建了车辆行驶系统与热管理系统耦合仿真模型,并对模型进行了仿真分析。使用搭建的电动汽车热管理系统模型进行了工况仿真及相应的试验对比,验证了仿真的模型精度。并在此基础上,以缩短高温、低温快充时间、提高极限温度下续驶里程为目标,提出若干优化方案,并通过仿真进行性能预测。