电动车市场的出现给电池系统的发展带来了诸多挑战。首先,电池和冷却设计的激增。这意味着有很多设计可以选择,但是有限的(事先的)测试数据来了解选择哪个电池和冷却设计。此外,还有减少开发时间的压力(即：以及电池开发成本。此外,在考虑到车辆热设计的情况下,寻求一种整体设计方法。更具体地说,必须考虑电池和机舱的冷却/加热,并需要为延长电池范围进行有效的设计。
本博客的目的是描述一个快速、准确和自动的校准工作流程,以加速电池概念设计、组件缩放和性能权衡分析。这是通过集成的1d和3d模型相关工作流来实现的,用于电池概念设计。用户将不需要依赖过去的测试数据或相关性,可以快速评估和选择之间的设计,可以执行驱动循环/全车热系统分析,并可以迭代和改进更多的设计细节披露。图1显示了这个过程的图形表示。首先,对电池系统进行了三维仿真。然后利用这些数据校准0d/1d模型,从而能够对电池系统进行加速分析。因此,有一个理想的设置,可以在短时间内重复许多电池系统设计,最终能够选择最佳电池系统和冷却设计的预期应用。随后,一个返回到更高保真度的3d模拟世界来验证0d/1d电池和冷却模型,从而关闭如图1所示的设计循环。这篇博文的其余部分被组织成一个方法论的描述,随后是一个用例的描述和一个结论声明。从而关闭图1中所示的设计循环。这篇博文的其余部分被组织成一个方法论的描述,随后是一个用例的描述和一个结论声明。从而关闭图1中所示的设计循环。这篇博文的其余部分被组织成一个方法论的描述,随后是一个用例的描述和一个结论声明。
图1：电动汽车电池系统开发的集成1d和3d工作流程的表示
首先,我们从电池水平相关开始。特别是,我们创建了一个三维电池参数模型,并从一个参数模型中描述/关联了一个1d电池参数模型。模型图书馆。然后将此相关工作转到电池模块/包装层,在那里,再次使用电池模块和冷板的三维表示来描述/关联一个来自dimomoa模型库的电池模块和冷板系统的1d表示。
用于创建0d/1d电池和冷却系统表示的dy模型库提供了大量的可调谐参数。在电池级,可以直接或根据几何和材料数据计算出热性能和参数参数(见图2a)。与此同时,在电池模块级,单个电池的行为是保持的,但现在电池和环境之间的热相互作用也被考虑在内(见图2b)。在电池组级别,一个重新使用电池模块模型,并考虑其他的外壳和接口(见图2c)。接下来,液体冷却冷板模型(见图3)提供了图1：电动汽车电池系统开发用矢量流体通道的综合1d和3d工作流的表示,用于平行流体通道和固体壁元件离散化的独立建模。它也使一个二维壁动态热电容网格热惯量的换热器芯的三维热惯量是需要考虑的。总体而言,冷板的参数化与实际设计数据的尺寸、材料性质和通道数相关。冷板的参数化与实际设计数据的尺寸、材料性质和通道数有关。冷板的参数化与实际设计数据的尺寸、材料性质和通道数有关。
图2：(a)电池组、(b)电池组和(c)电池组库表示
图3：模型库表示冷却板及其通道
在描述了电池系统和冷却模式的0d/1d模型之后,现在必须描述3d模型。电池系统和冷却几何的三维表示是参数化的(见图4a-4b)。它具有连续参数的单元尺寸,住房,终端,通道设计等.同时,离散参数决定了电池、模块和冷板冷却通道的数量.这个参数模型是为了在自动工作流中实现它而设计的。此外,在计算流体动力学(cfd)和共轭传热(cht)分析中,还采用基于fmk雷诺的3d经验平台----平均导航-斯托克斯(ran)求解器。用有限元模型求解了固体域.固体-固体接触和流体-固体接触接口有自动接触检测。此外,还有流体区域自动检测和密封.
图4：参数化(a)电池组和电池组,(b)冷却板几何形状
在讨论了0d/1d和3d电池系统和冷却板表示的同时,接下来的步骤是澄清相关方法。特别地,我们希望将0d/1d模型的行为与3d模型联系起来作为参考。该战略要求将固体和流体领域分别联系起来,以提高效率。由于这个原因,流体对流行为是非线性的(导航-斯托克斯方程中的非线性对流术语表明了这一点),而固体传导行为是线性的(线性热扩散方程表明了这一点)。因此,对于流体对流,一个相关流依赖热对流行为。在固体导电过程中,采用了两步骤的方法：通过调整传导路径,使稳态结果相互关联;而瞬态结果则通过调整热质量分布进行相关.上述相关工作流是自动化的。该方法采用了dymora模拟和比顿优化例程进行参数相关.该优化算法本身由微分演化方法组成,该方法包含10组和最多1000个迭代,在此过程中使用梯度法对最终设计进行改进,以最大限度地减小对三维结果的预测误差。当最终的设计被完善使用梯度法,以最小化预测误差的三维结果。当最终的设计被完善使用梯度法,以最小化预测误差的三维结果。
为了说明这3d到0d/1d相关工作流在电池系统开发中的使用,使用电动车(ev)值班周期进行了验证,在这个周期中,轻型汽车电池负荷是从美国环境保护局(环保局)的城市测功器(uds)驾驶时间表(uds)来代表典型的城市驾驶条件。图5描述了相关的车辆速度和电池负载。对于一个由两个电池模块组成的电池组,每个模块有八个电池组,3d和0d/1d结果的最佳和最差温度对比如图6所示。电池温度三角洲最多为0.10℃,而在最坏情况下,电池温度三角洲最多为0.26℃。
图5：美国环保署汽车行驶速度及伴随的电池负荷
图6：与udds循环运行的电池系统3d和0d/1d温度结果的比较
总之,本文提出了一种用于电动机电池系统开发的集成的0/1d和3d相关工作流。结果表明,即使是在动态和现实的负载循环中,当根据3d电池系统的结果对0d/1d模型进行适当的调整时,也能获得良好的精度。这意味着在未来的电池系统开发工作中,即使没有事先的物理模型,也可以使用0d/1d模型来提供高保真度的分析。提交的工作流程还包括宗教学校例如,综合建模和模拟,是达索系统长期战略的支持者,该战略在加速产品开发周期的同时,打破设计师和模拟工程师之间的距离。
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