如何计算电池包成本？- 11
8 热管理系统温度会极大地影响锂离子电池的性能和老化。因此，必须控制电池包的温度。这包括去除运行过程中产生的多余热量，在温暖的环境条件下保持凉爽的温度，以及在寒冷的环境条件下启动时提供热量。BatPaC中电池的热管理系统在“Thermal”工作表中设计。此工作表执行的计算近似于冷却和加热系统的大小和质量。它还会进行检查，以确定在“Battery Design”中计算的电池几何形状(见第5节)是否可以在持续运行期间充分冷却。此工作表还提供了用户可能感兴趣的支持性结果，但不会直接影响整体电池包规格。这些支持结果包括绝热条件下额定功率脉冲期间的温升、持续运行期间的绝热温升、泵送和压缩冷却剂所需的功率以及冷却剂系统中的压降。8.1 热管理系统概览BatPaC中的热管理系统包括四个主要部分：i)包内的冷却剂流动系统，ii)包外的冷却剂管理设备，iii)包外的电池组加热器，以及iv)空调单元的升级。热管理系统的概述如图8.1所示。在第2.4节、2.5节、5.4节和5.5节中描述了电池包中的冷却剂流动系统，并将在第8.2节中重新讨论。它包含冷却剂连同管和面板，以促进冷却剂在包内流动。包外部的冷却剂管理设备泵送冷却剂通过电池包，并管理冷却剂和连接到交流机组的制冷剂之间的传热。加热器在冷启动时为电池组提供热量。空调升级需要处理车辆额外的冷却需求。BatPaC v5.0假定所有电池包都使用乙二醇和水(EG/W)的50/50溶液(按重量计)冷却。以前版本的BatPaC有一个选择，用舱内空气冷却包。这是通过修改模组和电池包设计来促进的，以迫使空气直接穿过电池。该功能在BatPaC v5.0中已被删除，以简化和加速该工具，并与电动汽车行业的发展轨迹保持一致。详细地说，电池组正在不断地采用更高能量密度的材料，以增加续航里程。更高能量密度的材料增加了安全性和老化风险，这可以通过改进热管理来管理。冷却剂系统具有优于空气冷却的冷却能力。因此，BatPaC小组观察到，电动汽车中，特别是所有电动汽车和插电式混合动力汽车中，它们的使用有所增加。因此，在BatPaC v5.0中只提供液冷选项。BatPaC选择EG/W系统作为电池组的代表性热管理系统。工业上的一些车辆可能会用空气、其他介电液体(例如变压器流体)和/或相变材料来冷却电池组。第8节的其余部分应该为用户提供足够的细节来理解基线计算。这方面的知识可以由用户使用，以修改自定义冷却策略的热管理系统。 8.2 冷却剂流动系统BatPaC v5.0假定所有电池包都采用如图8.2所示的液体冷却系统。冷却液流经位于模组排架顶部和底部的不锈钢冷却板。每个模组排架使用一组单独的冷却板。前部的入口冷却液管将冷却液输送到顶部冷却板，顶部冷却板通过液压并联连接。冷却剂首先流过模组的顶部，然后沿着底部流动，通过电池包后面的连接管进行过渡。底部冷却板平行连接到包出口管，该管道将冷却剂返回到包外部的热交换器(未示出)。冷却板壁的厚度，冷却板内开放冷却剂通道的厚度，以及进出口和连接管的直径都是默认的输入参数，可以在“Battery Design”工作表中修改(其值参见第5.4节)。每块散热板的长度等于模组排架的长度，宽度等于模组内部铝导热体的长度(导热体的详细图像见图5.7c，面板宽度见图5.8b)。 8.3 冷却剂系统附件BatPaC假定需要额外的组件来管理冷却剂。这些部件包括使冷却剂循环的泵，将冷却剂的热能传递到制冷剂回路的热交换器(冷水机)，以及来自交流机组的制冷剂管路上的阀门[19]。这些额外组件的质量、体积和成本取决于电池组内的冷却要求。本小节描述了用于确定冷却要求、附加组件的尺寸和成本、压降和泵送功率的计算方法。8.3.1 冷却要求电池包的总冷却需求是两个值的总和：持续运行期间的热量产生(qs)和热环境条件下的热量传递率(qamb)。8.3.1.1 运行产热在BatPaC中，持续运行时的发热量(qs)计算如下：其中IS和RS分别为持续放电时的电流(A)和电阻(Ω)。电阻根据5.2.2节中描述的面积比阻抗计算如下：式中，ASIE为能量的面积比阻抗，Apos为电池中正极的总面积，Ncell为电池组中电芯的数量，Ncell,||为一个模组中并联的电芯数量，Nmod,||为电池组中并联的模块数量。电流由持续运行时的平均功率计算如下：其中Ps是平均持续功率，V是电压。V相对于电池组的开路电压(UE)由下式计算：稳态运行时的功率(Ps)是通过比较持续转速时的功率与C/3放电时的功率并取较大的值来计算的。持续速度下的功率(Pss)的计算方法与Argonne先进动力系统研究机构(Advanced Powertrain Research Facility)[12]采用的Autonomie模型相同。持续转速下的总功率计算公式如下：式中，Pa、Pf、Pd分别为辅助功率、滚动摩擦功率和气动阻力功率。所有值的单位都是瓦特(W)。fe是一个考虑从电池到车轮和配件的效率的因素。它在BatPaC中的默认值为0.833，该值是通过使用Autonomie模型对中型插电式混合动力汽车(类似于第一代雪佛兰Volt)的模拟确定的[12]。这个因素考虑了功率转换器、电机和齿轮中的功率损失。该车辆效率系数被假定为在感兴趣的车辆速度上足够恒定。附件功率(Pa)默认为0.5 kW。滚动摩擦功率计算公式如下：其中S是持续速度，单位是英里/小时，ff是摩擦功率因数。假设ff与车辆的能量需求(Ė， Wh/mile)成正比，使用式8.7进行计算。 式8.7在式8.7中，ff,0为上述Automomie仿真中中型插电式混合动力汽车的摩擦因数，该汽车的能量需求为250wh /mile。ff,0的默认值为0.065 kW/mph。气动阻力功率计算如下：其中气动阻力系数fd的计算方法如下：公式8.9中的功率因数为0.7是基于摩擦因数小于与车辆质量和体积成正比的假设。fd,0默认值为0.00004 kW/mph3。BatPaC假定每种车型的持续速度(S)不同。表8.1提供了这些值。BatPaC提供了覆盖这些值的选项，以及Ė的值(默认值= 250 Wh/mile)。 表8.1这些计算与完整的Autonomie模型之间的比较显示出非常好的一致性，并在前一版本的手册中进行了详细讨论[12]。之前的手册还显示，在70英里/小时的持续速度下，插电式混合动力汽车的电池功率与US06驾驶周期的平均功率相似，其中包括在持续速度驾驶下的快速加速和减速。这被用作BatPaC中持续速度模型的理由。在US06循环期间的平均功率被认为是冷却目标的合理代理，因为电池的热质量平衡了功率爆发引起的温度波动。(未完待续~)来源：小明来电
