让「新」走的更远 优化电池系统设计 | 达索系统百世慧®

演明

前言

从2003年7月1日特斯拉成立开始，汽车电动化转型的浪潮已经在全球持续了近二十年，作为第四代建模思想的代表，Modelica语言因仅具有面向对象，基于等式等一系列特点，在新能源汽车动力电池系统方面的应用也在不断发展与被关注。从早期福特汽车公司对等效电路模型的探索，分析电热耦合问题等针对具体问题的应用，到近十年来为满足工业界急速增加需求，各种提供整体解决方案的模型库的推出，Modelica语言与其平台Dymola在其中扮演着重要的角色。


达索系统的电池模型库是目前最成熟的电池系统一维仿真模型库，如下图所示。本文将通过实际案例，着重介绍新能源汽车供应链中各个角色，如何基于Dymola助力新能源汽车电池系统设计与开发。


该电池模型库可用于涉及电池系统的各个方面。涵盖从材料制造商的材料评估、电池制造商的单电池分析、电池包组装商的电池包设计、系统集成商的系统集成与验证，如下图所示。


01. 电驱系统开发

某柴油驱动系统制造商在向电驱动系统制造商转型过程中，基于模型的系统设计部分在原有软件平台上触到了极限，不能进行多物理领域耦合部分，如电热耦合的详细分析。因此，基于Dymola实施了电池，电驱，电控系统的整体模型搭建与分析。如下图所示为整车测试模型，包括控制系统、驾驶员模型、动力电池及电驱系统、传动系统及负载。
利用驾驶员模型设定驾驶工况，其他部分设定车辆的预估参数，参数设定完成后，即可针对电热耦合部分进行详细分析。


02. 基于仿真的系统设计

某电池系统集成商面临电池选择的困境，因为单电池供应商处的信息往往不完整，可选择的单电池及其集成方案数量又很庞大，如何快速选择最优解是业务中最重要的关键点。下图为根据客户需求，基于Dymola为客户量身打造的基于仿真的设计流程，该工作流程经过不同的定制改造，可以适用于所有的电池供应商与主机厂。


03. 冷却系统设计

新能源汽车行驶过程中，“三电”系统将产生大量的热并相互影响，若温度上升过高，将影响电池与逆变器寿命，降低电机效率。因此，如何设计冷却系统，是一直困扰某电池冷却系统设计部门的问题。
下图为根据客户需求，基于Dymola搭建的冷却系统模型与仿真结果。




由上图可以明确的看出冷却系统不工作时会造成电池包温度高于上限的问题。冷却系统正常工作后，可以保证温度不超过上限。


同时，基于此模型可以进一步迭代优化冷却系统性能。
04. 直流母线滤波电容设计

某德国汽车制造商关注高压电池与逆变器在非理想连接下的电流的高频谐波，因其将对电池的性能和寿命产生不利影响。通过与研发的半年合作，搭建了相应模型分析并评估了直流母线与逆变器之间并联滤波电容的效果。



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