摘要
电池热管理的主要功能包括：精确测量和监控电池温度；电池组温度过高时的有效散热；低温快速加热；保证电池组温度场的均匀分布；电池冷却系统与其他冷却装置的匹配。
图1电池热管理关系图
冷却电池组有两种方式：空气冷却和液体冷却。研究表明，空气冷却容易实现，但电池组温度梯度变化较大，不利于电池的稳定运行。空调系统的冷却液与制冷剂进行热交换的液冷方式逐渐成为主流。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作用。系统之间的影响关系如图1所示，电池组冷却与汽车空调系统、电机冷却系统、发动机冷却系统等系统存在不同程度的耦合。这样，在制定电池系统的温度控制策略和热管理时，就需要同时分析与其他系统的影响关系
解决办法
为了解决电池热管理中流体系统之间的复杂耦合系统，可以利用Dymola软件的蒸发循环库、液体蓄冷库和电池库建立一维仿真模型。对整个模型系统进行仿真，分析不同系统之间的耦合关系，从而实现对复杂系统的控制。
图2 Dymola模型库
Dymola软件拥有丰富的模型库，利用基础库和商业库构建电池热管理系统非常方便。蒸发循环仓几乎涵盖了市场上所有的主流制冷剂，精确的两相流模型和基于结构建模的换热器模型；电阻、二极管、晶闸管、电机等基本元件模型。考虑元件发热和温度对元件电气性能的影响；具有热容、热传导、对流、辐射、温度和热流边界条件的传热元件模型。
液冷库，可用于电池液流管路建模、元器件选型和系统性能研究，包括管路、控制阀、恒温阀、泵、风扇、换热器、膨胀箱等模型。Modelon电池库，考虑了电池单体差异和温度对电池容量和外特性的影响，可用于分析电池的电特性、热特性和寿命特性。
对于电池的热管理，控制系统是必不可少的。Dymola基本库包含用于控制和逻辑建模的模型库，可用于构建控制系统。另外，可以通过FMI接口导入控制模型对应的FMU，通过Simulink建立控制律模型，将模型转换成FMU导入Dymola，可以结合电池系统模型和加热/冷却系统模型进行仿真。
图3控制系统模型
利用Dymola软件提供的蒸发循环库，可以建立热管理系统的空调系统模型；Dymola软件中的液体蓄冷可以用来建立电池冷却循环、发动机冷却循环和电力电子元件冷却循环。Dymola软件中的电池库可以用来搭建由电机和电池组成的电池驱动系统。蒸发循环仓、液体蓄冷等模型库可以无缝连接形成一个大系统，便于热管理模型系统的模拟分析。
Dymola还可以构建控制算法，同时还可以通过Simulink接口调用Matlab/Simulink软件的控制算法，实现热管理系统控制模型与仿真物理模型的联合仿真，可用于控制策略的设计和验证，以便工程师更好地设计热管理系统模型。
应用案例
图4是由Dymola软件构建的电池热管理的一维仿真模型。左边红色虚线区域是蒸发循环库搭建的空调系统蒸发循环；中间的红色虚线区域是电池冷却循环bu
电池电机供电，电机驱动负载。电池产生的热量通过液冷循环和空调系统之间的换热器实现冷却液和制冷剂之间的热交换，然后通过空调系统传递到发动机舱，最后热量被空气带走。图5显示了不同泵速下电池组的温度变化曲线。在冷却循环中改变泵的速度可以将流经电池组的冷却剂的温度保持在所需的温度范围内。
图5液冷泵不同转速下电池组温度变化曲线。
图6显示了添加到已建立的模型系统中的简单控制系统模型。在模型运行期间，可以实时查看蒸发循环的压力和焓图，以监控系统运行。蓝色区域检测蒸发器出口温度，通过控制变排量压缩机的排量使蒸发器出口温度保持恒定。黑色区域通过调节冷却循环中泵的转速和蒸发循环中冷凝器空气侧的气流，将电池温度保持在所需的温度范围内。
图6简单控制模型
不同散热功率下电池组温度变化曲线。
图7示出了电池组的设定温度(红色)和实际温度(绿色)之间的关系。在100秒时，电池组的加热功率突然下降，电池组的温度也发生变化。但通过调节冷却泵转速和冷凝器侧风扇转速，迅速调整了系统散热，使电池组温度稳定在合理范围内。
摘要
利用Dymola一维仿真软件，可以完成仿真模型系统的构建和仿真分析。该模型不仅可用于模型匹配设计、元件选择，还可用于模型系统的系统模拟和能量分布分析。还可以作为仿真模型，提高工程师对系统性能的认识，作为被控对象，可以用来设计控制策略，验证控制模型的准确性和控制效果。
标签：系统电池模型