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专利号: 2021105256531
申请人: 湘潭大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-08-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种结合数值计算的电动汽车电池包热管理控制仿真方法,用于电动汽车动力电池包热管理控制过程的仿真,所述动力电池包包括若干电芯、与电芯紧密贴合的液冷板、电池包结构件和用于测量多个位置电芯温度的温度采集模块,所述液冷板内部设有液冷流道且液冷流道内有冷却液循环流动,所述液冷流道设有流道入口和流道出口,其特征在于,包括如下步骤:

步骤1、制定动力电池包的控制策略,确定电芯的给定温度Ts以及PID反馈控制算法中的比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd;

步骤2、建立动力电池包的流体和结构共轭传热瞬态数值计算模型,并给定计算模型的初始条件:

绘制包括动力电池包内各电芯、液冷板及其液冷流道中的流体域和电池包结构件在内的三维装配图,划分网格,导入数值计算软件,添加电芯、液冷板和电池包结构件这三类固体材料的密度、导热系数和比热,添加冷却液的密度、导热系数、比热和粘度,在流道入口设置冷却液的流速和温度,在流道出口设置冷却液的平均静压力为0,设置液冷流道壁面处的壁面条件,在固体区域和流体域的交界面处添加固体区域和流体域之间的热量守恒条件,在所有电芯内部添加产热功率值,设置固体区域与外部环境接触的外表面对流传热条件并给定外部环境温度和对流传热系数值,给定计算模型温度和流体流速的初始条件,给定计算模型动量平衡方程、质量平衡方程和能量平衡方程的收敛条件;

步骤3、确定瞬态数值计算模型的时间步长和时间步数目,并执行数值计算:给定瞬态数值计算模型的时间步长Δt和时间步数目N,其中每个时间步的时间步长均为恒定值Δt,执行数值计算,在数值计算过程中,根据各时间步的计算结果修改计算模型中入口的冷却液流速值,并根据温度采集模块的测量点位设计方案监测电池包内相对应的多个位置的温度计算结果;

步骤4、分析数值计算结果,评价PID反馈控制算法的控制效果:获取数值计算每个时间步中电池包的温度分布情况及其变化趋势,并与步骤1确定的给定温度Ts比较,评价PID反馈控制算法的控制效果。

2.基于权利要求1所述结合数值计算的电动汽车电池包热管理控制仿真方法,其特征在于,所述步骤3中在数值计算过程中根据各时间步的计算结果修改计算模型中入口的冷却液流速值,按以下方式进行:对时间步从1开始依次递增进行编号且每次的增加量均为1,并令时间步的编号为k,当k≤2时,维持入口的冷却液流速值为步骤2给定的初始值不变;当k>2时,第k个时间步入口的冷却液流速值q(k)设定为:q(k)=q(k‑1)+Δq(k)                        (1)式中,q(k)为计算模型第k个时间步中设置的入口冷却液流速值,q(k‑1)为计算模型第(k‑1)个时间步中已计算得到的入口冷却液流速值,Δq(k)为计算模型第k个时间步对应的入口冷却液流速改变值;其中,第k个时间步对应的入口冷却液流速改变值Δq(k)按下式计算:

式中,Kp、Ki和Kd分别为步骤1确定的PID反馈控制算法中的比例系数、积分系数和微分系数;e(k‑1)为步骤1确定的给定温度Ts与计算模型第(k‑1)个时间步计算结果获得的温度综合计算值之差;e(k‑2)为步骤1确定的给定温度Ts与计算模型第(k‑2)个时间步计算结果获得的温度综合计算值之差;e(n)为为步骤1确定的给定温度Ts与计算模型第n个时间步计算结果获得的温度综合计算值之差,且n的取值依次从1递增至k‑1且每次的增加量均为1。

3.基于权利要求2所述结合数值计算的电动汽车电池包热管理控制仿真方法,其特征在于,所述根据计算模型某个时间步计算结果获得的温度综合计算值,为该时间步监测得到的电池包内多个位置的温度计算结果的最大值或平均值或加权平均值中的任意一种。