点赞华为快充技术,详解新能源汽车电芯Flotherm瞬态仿真
- 作者优秀
- 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读:4月15日,配备华为自动驾驶技术极狐阿尔法S的HI版车型在上海进行公开试乘,这也是华为自动驾驶技术全球首次公开试乘。从上面曝光的视频来看,尽管测试路段比较复杂,但是华为的无人驾驶系统仍然完美的避开了所有的障碍。经网络传播之后,便引发了国内外网友热议。一、写在前面
对于一位热设计工程师来说,我更加关注极狐阿尔法S全系列采用智能恒温三元锂离子电池包,电池容量为93.6kWh,NEDC续航里程有三个版本,分别是525km、603km和708km。其中阿尔法S的交流慢充充满需要1.5个小时,20kW交流慢充充满需要7个小时,而华为快充技术支持的直流快充充电10分钟,可以增加续航197公里,15分钟可充入整车一半的电量。此外该车还支持无线充电,官方称充电效率可以突破92%。笔者情不自禁的为华为快充技术点赞。
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1620381182229_4kcqyw.jpg?imageView2/0)
在享受快充给我们带来的方便同时,我们还应该关注电池包的散热问题。快充无非是使用更大的功率给电池进行充电,电池的散热也就承受着更大的压力,而快充时间较短,这就需要我们对电池包进行一个瞬态的仿真分析,才能更加清晰的了解一个快充流程是否会引起电池包过热的问题。下面我们将以一个简单案例了解一下如何使用Flotherm进行瞬态仿真分析(注意:点击文尾的“好看“”和点“赞”,并分享到朋友圈截图2小时后,发送到仿真秀App公众号后台,我赠送你本文资料和模型一份)。
二、电芯的Flotherm瞬态仿真
我们了解到电芯的直流内阻是随不同SOC不断变化的,并且在充电和放电以及不同的电流大小时,直流内阻都不一样,意味着电芯的功率是随时间不断变化的。
当我们需要进行瞬态分析时,我们需要去减小仿真分析带来的误差,设置正确的功率随时间变化的曲线是一个有效的路径。当然,瞬态分析时,影响我们仿真的结果较多,包括所有材料的导热系数,比热容,密度,以及模型的精准度。
而提到电芯的比热容又是一个难题,电芯一般为复合材料,需要的到电芯的比热容一般有两种方法。讲回本文的在Flotherm中如何设置功率随时间变化的曲线,首先我们需要得到电芯在不同电流下的直流内阻,注意这里是直流内阻,规格书上标注的一般为交流内阻,在无法测得直流内阻的情况下,一般认为直流内阻是交流内阻的2-2.5倍,再通过公式Q=I2*R计算出各个时间的功率。下面以一个电芯的实际案例进行操作讲解,此案例环境温度为25℃,在密闭机箱内放置32个50Ah方形电芯,结构模型如图一所示,充放电过程为2.2C放电再1C充电单个循环的过程,且采用的是自然散热,需要了解此充放电循环是否会有过温风险。电芯参数如下表一:![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1620381187227_rg6z7b.jpg?imageView2/0)
1、首先搭建一个简单模型,在一个密闭机箱内放置32个50Ah方形电芯,如图一![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1620381183721_2gxi42.jpg?imageView2/0)
图一:案例结构模型
2、在Flotherm中建立一个功耗为1W的Thermal,如图二所示![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1620381190533_zq44p0.jpg?imageView2/0)
3、创建一个Transient Attribute,此次为2.2C放电再1C充电的过程,编辑名称为2.2c-1c,如图三4、如图所示设置Transient Attribute参数,type选择profile,如图四5、点击Click To Edit编辑, Time为时间,Multiplier为基础功率的乘数,具体的设置如图五所示,在此步骤中可在Excel表格中计算好功率随时间变化的的数据,再点击import CSV File导入Excel文件(注意保存的Excel文件需要为CSV格式) 6、根据设置好的参数进行计算,查看温度曲线图如图六,这时就可以明显的看出设置功率随时间变化后温度上升的曲线变化,相对于设置固定的功率,整个仿真过程会更加的接近真实情况。![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1620381179870_pxu2wh.jpg?imageView2/0)
由此可见,本案例在环境温度为25 ℃,采用2.2C放电1C充电单个循环的充放电模式,可以看到电芯在放电时由于采用2.2C放电,放电电流较大,整体的功耗会比较大,温度上升明显,放电过程温度约升高18℃,达到43℃,但电芯在放电过程中的工作温度最高可达60℃,还有较大的余量,而在充电过程中采用1C进行充电,整体的功耗会较小,温度上升较为缓慢,在整个充电过程中的温度约升高6℃,达到49℃,如图七所示。但由于电芯在充电过程中的工作温度最高为45℃,此案例的充电结束温度已经超过最高工作温度,存在过温的风险。以上就是笔者使用Flotherm进行功率随时间变化的瞬态仿真,希望对大家有些许帮助吧,更多内容欢迎关注我原创的精品课。自2021年4月起,笔者在仿真秀平台独家发布了《Flotherm电子产品散热仿真快速入门26讲》详解Flotherm建模仿真完整流程和关键技巧,让你快速适应热设计工程师岗。
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1620381184548_ks1gnj.jpg?imageView2/0)
本课程主要为引领刚从事热设计行业的工程师,快速的掌握Flotherm软件,能在最短的时间内使用Flotherm软件完成产品的热仿真工作。
课程将会使用一个模型作为案例,以“先掌握必要的技能再拓展其他能力”为课程的主线。从拿到产品热设计项目开始,使用Flotherm进行产品的热仿真,然后一步一步的进行建模,赋予材料属性,进行网格划分,求解设置等完成整个项目的热仿真工作,课程将对整个热仿真过程所需要的技能一个个进行讲解,每个章节环环相扣,当你听完整个课程,一个产品的热仿真工作也就完成,学员的热设计能力也将提升一个档次。
![图片](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1620381186214_sq2y1i.jpg?imageView2/0)
热设计/热管理工程师
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