基于Foster网络的电池组热模型

在电动汽车/混合动力汽车（EV/HEV）中，高功率电池的热管理至关重要，工程师需要能设计出最佳电池冷却系统的工具，现在，采用Foster网络建立电池组热模型的方法备受推崇。

在EV/HEV中的研发过程中，工程师们已经提出了多种电池组数学模型——从复杂的电化学模型到系统级的电路模型。电化学模型是研究和优化单个电池性能的利器，但系统级工程师往往需要更多地采用电路模型。当涉及到温度对电池性能的影响时，电路模型可以分为两类：一类是用于低功率场合的电池组模型；另一类是在高功率场合采用热网络模型来预测温度，并将温度与电路模型耦合以分析温度对电池性能的影响。

本文提出了一种采用Foster网络建立电池组热模型的方法。在Foster网络模型中，也使用一定数量的热容和热阻，但它们与热网络模型中的热容和热阻的意义不同——它们用来表示电池热系统的传递函数。对于Foster网络，其阻容连接是固定的，与电池单体的物理排列无关。此外，这些单元的数值是通过匹配电池系统采用的Foster网络的阶跃响应而得到的，要么利用CFD计算，要么通过测试获得。

Foster网络法是一种实施起来更加直接、更加系统化的方法，它可以提供与CFD相同的计算结果。此外，如果电池系统的阶跃响应是从测试而非从同样假设下的CFD得到，则Foster网络会给出与测试相同的结果。不仅从Foster网络得到的结果非常准确，而且仿真时间可以与传统的热网络模型相媲美，不像CFD模型那样需要数小时。Foster网络热模型易于代替简单热网络模型，与电池电路模型耦合，无需花费大量计算时间便能提供更准确的结果。

Foster网络法已经在电子器件的冷却系统研发中应用了很长一段时间了，在电池的冷却系统研发中，我们还是首次尝试，不过在通用汽车公司的EV/HEV电池研究的应用中，Foster网络法同样表现优异。