为了降低续航里程以及安闲性和恬逸性方面的标的，热约束正在电动汽车的进展中无论是正在部件照样体例层面都变得越来越紧要。与腾贵的测试比拟，热约束体例的纷乱性及其与整车的严密彼此效力的明显填补正鞭策体例模仿的进展趋向。

体例及分歧的子体例正在分歧水平上彼此效力，热约束体例仿真模子须要或许模仿如许的交互体例，确切预测电池组内部的温度漫衍看待避免热失控等损坏情状是至合紧要的。本文描摹了GT-SUITE中冷却板内部的一维滚动与电池和冷却板的三维热判辨相联合的归纳伎俩。

其余，一种新的预测电化学和热电池模子以判辨和优化组件和体例，除了为冷却体例的计划供应散热值外，还能够采选电池的化学和计划，而且探究了分歧的处境和操作咨议的影响。

由纯电动汽车(BEV)、同化动力汽车(HEV)和燃料电池汽车(FCEV)构成的电动汽车的进展加快，但与古代汽车分歧，电动汽车的进展正在经济性、行驶里程、恬逸性和安闲性方面都存正在良众题目。

最紧要的题目是能量存储筑造的热约束，如电池。因为车辆分歧子体例之间的纷乱水平和彼此效力水平一直填补，必需正在测试时代利用基于模子的模仿，以低重开辟本钱和缩短交货期间。

本文提出了一个集成的体例筑模伎俩，以加快开辟周期，并正在很众瞬态前提下测试体例。下一节将描摹组件级筑模，蕴涵独立电池热约束体例、GT-AutoLion中的电化学电池筑模和GT-TAITherm中的座舱筑模。对这些独立模子的结果也举办了描摹，结尾这些独立的模子集成到蕴涵制冷剂、冷却剂、舱室、引擎盖和车辆体例的子体例模子中。然后将这些独立的子体例组合正在一道，创筑一个集成的电动汽车模子，以确定其正在分歧处境前提下的行驶周期机能。

整体电池组的温度漫衍必需端庄仍旧匀称，通俗电池组各电池间的最大温差正在5 K以内。温度漫衍不匀称，神速放电、过充电或处境过热会导致电池神速老化，缩短电池寿命。正在万分情状下，当热量无法掌握地储存时，模块或组件可以发作热失控，导致灾难性的危害，如火警和爆炸。为了避免这种情状，BTMS计划必需确保匀称的温度漫衍。

目前一经提出了几种分歧的BTMS计划，并正在电动汽车中利用，蕴涵氛围冷却、液冷或制冷剂冷却。利用分歧的冷却体例伎俩和计划正在本钱和交货期方面都很腾贵。尽管是周密的3D CFD模仿，纵然它们确保了最高的预测精度，但正在运转期间方面也有束缚。本咨议描摹了一种集成的伎俩来筑模液冷电池组，此中冷却板内部的一维滚动与电池单体和冷却板的三维热判辨相联合。这种伎俩被寻常操纵于汽车行业和航空航天行业。本咨议中利用的BEV模子的电池组如图1所示。

正在分歧的冷却剂质地流量和进口温度下，整体电池组以及通盘电池和冷却板的周密温度漫衍如图2和图3所示。

正在计划BTMS时，热排斥率既能够指定为最坏工况下的稳态值也能够是一个瞬态值。前者可以会导致过分计划，由于正在一个驱动周期中，热速度可以不会每每到达那些高值，然后者须要对分歧的测试前提举办实习丈量，须要花费良众的精神，这种伎俩也给BTMS或BMS的掌握战略计划带来了清贫。以是，创立单个电池或电池组的数学模子是有益的，电池的数学筑模寻常采用体味模子和电化学模子两种伎俩，这两者的区别紧要正在于揣度用度和可猜念性。为了预测上述BTMS判辨的产热率，利用了电池的电等效模子。该模子基于内阻和开途电压数据与荷电形态和温度的体味相干。

该模子由一个开途电压源与一组电气元件(如电阻和电容器)连绵而成，以模仿电池的电学活动。电等效模子(EEM)因为揣度效能高而被寻常用于电池SoC评估。该手艺遵循电流输入估量电池电压，分歧的电阻电容(RC)岔途能够用来搜捕电池体例中固有的分歧期间常数，如图4所示。该模子揣度速率很速，但仅对所测试的特定电池类型和化学性子以及正在举办测试的放电速度和温度鸿沟内牢靠。

固然正在计划BTMS和BMS时利用了EEM，但它对电池内部的电化学进程供应了很少的看法。电化学模子采用偏微分方程(PDEs)来模仿电池的物理特点，能够用来揣度电池内部的电化学形态，并供应合于锂浓度和过电位具体切音信。该伎俩采用相连介质模子，探究了电池内部的化学动力学和传输或扩散表象，通俗比EEM更确切，但速率较慢，正在这种伎俩中也有很众保真度，从单粒子模子不停到分子模子。然而，最通行的伎俩是 (P2D)电化学模子的锂离子电池(锂离子)，GT-AutoLion也利用了相似的伎俩。该模子能够搜捕锂离子电池内部发作的电化学响应，并预测终端电压，电流，功率，热排斥，和整体电池的锂量。

锂离子电池通俗用如图5所示的布列办法来流露，P2D模子采用如图5所示的有限掌握体积伎俩离散锂离子电池的掌握方程。正在P2D模子中，阴极、离散器和阳极沿“厚度”目标离散。正在阴极和离散器的每个有限掌握体积中，都有一个活性物质的球形流露，每个活性物质正在径向上以恒定体积离散。

除电动传动体例外，暖通空调体例是最大的电能损耗体例，正在不影响人体热恬逸的条件下，省略压缩机的功率损耗就变得至合紧要，以是要聚积精神正在舱内个人冷却。为了确切预测舱室内的温度，利用三维CFD东西是最常用的办法。然而，这种确切性是以广大的运转期间为价钱的。为了优化电动汽车类型v型计划进程中的运转期间，本文提出了GT-SUITE和TAIThermabin之间的团结仿真伎俩。

GT-SUITE能够神速处理客舱内流体域题目，此揣度须要热壁边境前提。TAITherm供应了神速处理三维构造温度的才智，蕴涵三维传导、对流和众重反弹辐射。为了求解，TAITherm须要对流边境前提，GT-SUITE为TAITherm中的能量揣度供应了这些对流边境前提，如图6所示。舱室和内部的固体外边境由TAITherm中的模子流露，而舱室内部的流量由COOL3D中的模子流露。

舱室的3D CAD几何构造被导入GT-SUITE的一个预执掌器，即COOL3D，此中舱室体积被离散(或网格化)成几个子体积，为排气入口和出口创筑边境。正在TAITherm中，机舱的分歧外面，如门、挡风玻璃、窗户、屋顶、地板等都是网格的。而且界说分歧的外面及质料。比如，屋顶外质料界说为钢，中央层为氛围，内层为泡沫。

正在GT-ISE中，COOL3D模子和TAITherm模子都链接到上面所述的互换数据。创筑的耦合模子能够行动一个独立的客舱模子运转，此中客舱进口温度(正在排气出口)和流量如图7所示，或者它能够连绵到一个氛围回途，通过蒸发器与制冷剂回途互换热量。单机模子能够通过试验或三维CFD来验证座舱温度漫衍。从图8能够看出，GT-TAITherm和3D CFD的结果斗劲好。固然GT-SUITE能够揣度己方的滚动解，但正在该模子中，将3DCFD东西中的流场施加到COOL3D中创筑的网格上，然后利用GT-TAITherm求解温度漫衍。

GT-SUITE正在包罗分歧子体例的模子中，遵循巴望的精度水准，供应了分歧的座舱筑模伎俩，看待只须要舱室均匀温度的体例，采用集总容积法，将舱室近似为单个人积。正在一个更周密的伎俩中，客舱被离散为39个人块，为客舱的分歧区域供应温度。这两种伎俩应用了GT-SUITE处境中可用的模板，不须要任何其他东西，这些伎俩正被领先的原始筑造成立商操纵于整体汽车行业。

几个子体例同时管事，彼此之间有分歧级另外交互，有需要对这些彼此效力举办筑模，以确保通盘子体例以相同的、严密耦合的办法配合管事，使电动汽车正在大鸿沟的负载和运转前提下到达峰值机能和效能。以是，电池组的机能不行独立开辟，而是要与通盘其他电池组的属性和特点完婚，然而，如许的集成模子正在判辨和维持组件采选时将会斗劲慢，况且斗劲纷乱。这些子体例能够通过为其他子体例供应边境前提来独立筑模。比如，正在纯电动汽车中，通过冷水机的制冷剂和冷却液回途之间有很强的耦合。如图9所示，通过给出一个回途的滚动和温度边境前提，这两个回途能够别离筑模。制冷剂回途模子为蒸发器舱室氛围回途、冷水机组冷却液回途和冷凝器引擎盖下氛围回途供应边境前提。

对这些子体例举办集成，并正在一个驱动周期内对模子举办仿真。该模子可用于计划和测试掌握战略，以掌握某些组件的运转。比如，三通阀遵循冷却液的温度通过低温散热器(LTR)或冷水机掌握冷却液的流量，该集成模子有助于找到一个相宜的温度阻断值，以掌握冷水机和LTR之间的流量切换，并对泵和压缩机运转的掌握战略举办测试。利用PID掌握器转换泵速，以仍旧整体电池组的温差低于5K。最初，压缩机速率的蜕变使标的冷却剂温度正在电池出口(29℃)和均匀座舱温度(21℃)。给压缩机PID掌握器一个预订义的权重，以针对冷却剂或均匀舱室温度。然则能够看到，蒸发器出口的氛围温度迫近于0℃以下的值，而客舱和电池冷却液出口温度的标的值一经到达。正在本质体例中，这可以导致蒸发器上结霜，最终低重其机能，最终导致淤塞。压缩机掌握正在之后举办批改，以束缚蒸发器出口氛围温度为正值。

正在集成模子中，通盘组件的功率需求都来自电池。遵循电池正在驱动周期中所央求的功率，将电池的解热排斥效力施加到冷却板上，如前面合于BTMS的章节所述。电机模子利用机能图，如效能图与转速和扭矩央求。电机央求的RPM和扭矩由车辆模子界说，该车辆模子探究了车辆速率(基于驱动周期)、车辆质地、氛围动力系数、轮胎滚动阻力和传动比。电机的热片面是由各部件之间彼此导电连绵(如永磁体与转子构造、绕组与定子构造等)以及与流经冷却液夹套的冷却液和困住的氛围之间的对流连绵构成的三维有限元网格。该车型正在分歧的驾驶周期和处境前提下举办了几次测试。正在本文中仅给出40℃温度和40%相对湿度(热)和0℃和40% RH(冷)，看待热工况，客舱正在60℃，冷工况下为0℃，假设电池正在冷热处境平分别撑持正在5℃和35℃。联合图10所示的归纳模子，结果如图11、12、13所示。

正在严寒的处境中，电池组所需的总功率较高，由于电池加热器和座舱加热器损耗了卓殊的功率。正在IDC的后半片面，因为电池加热器紧闭，客舱加热器损耗的功率更少，冷情状下所需的电池功率省略。其余，压缩机所需的RPM和功率跟着冷却剂和舱室温度迫近标的值而低重。当电池组进口和出口之间的温差迫近标的值时，泵也会有肖似的活动。其余，电池正在较冷处境下的散热率较高，这是因为电池正在较低温度下的功耗和欧姆电阻较高。

GT-SUITE是一种基于模子的体例工程东西，为开辟纯电动汽车热约束掌握战略供应了一种有用的伎俩。对电池热约束体例和电机冷却体例等分歧部件举办了三维&一维集成部件级判辨，以取得正在适应边境前提下的独立模子中这些部件的机能。正在GT-AutoLion中创立了电化学电池模子，这个模子有助于预测电池组的周期和期间老化。采用GT-TAITherm团结仿真手艺对舱室内三维速率场和温度场举办了判辨，此模子能够正在任何负载剖面和实际的外部边境前提下执掌电池冷却和座舱治疗。这种办法供应了一种有用的伎俩来筑模物理体例和执掌早期开辟阶段的计划采选，然后，这些独立的组件模子被集成到分歧的子体例模子中，如制冷剂体例、冷却剂体例和舱室氛围轮回，为其他组件供应边境前提。正在此根源上，将各子体例模子举办组合，创立集成的电动汽车模子，并正在分歧的测试周期和处境前提下举办仿真。

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