[发明专利]一种确定加热装置功率密度的模拟分析方法及系统

说明书

本发明涉及一种确定加热装置功率密度的模拟分析方法及系统，方法包括：在动力电池包各预设区域安装预设数量的加热装置；将所述动力电池包置于试验环境中，控制所述动力电池包在所述试验环境中工作，同时使用恒压源对不同预设区域的加热装置施加对应的初始恒压源电压；根据所述动力电池包内部温升及温差情况调整各预设区域施加的恒压源电压，直至所述动力电池包内部温升及温差情况达到预设要求；将达到预设要求时各预设区域施加的恒压源电压对应的功率密度确定为各预设区域的功率密度设计值。上述方案实现了快速确定电池系统加热片布置方案及加热片功率密度，解决热仿真分析时间长、分析结果偏离真实状态的问题。

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种确定加热装置功率密度的模拟分析方法及系统。

背景技术

近年来，新能源汽车逐步进入公众家庭，目前受限于动力电池技术，电动汽车普遍存在冬季难以充电或充电时间特别长、单次充电行驶里程缩短的问题。为改善此问题，多数新能源汽车动力电池系统设计有加热功能，以保障电池使用性能，改善客户冬季驾驶体验。

加热设计是动力电池系统设计的一项重要内容，一般是通过在电箱或模组内设置加热片的方式来实现低温下快速提升电池温度。电动汽车动力电池在充电或行车加热过程，温度一致性是一项重要设计指标，一般要求电池包内部各部位温差不超过10℃，以保障电芯工作环境一致。电池箱体不同部位形状、空间、电芯数量差异较大，需针对性布置不同功率密度的加热片，以实现受热均匀。现有技术中一般是通过计算机虚拟仿真分析的方式进行温度场分析，即通过对电池系统进行简化，建立几何模型和网格，设定初始条件来推算系统在工作后的温度场情况。

计算机热仿真分析在电子产品开发过程已成为一种重要的热分析手段。在动力电池系统设计上也得到广泛应用。但该方法存在以下几点不足：

1)动力电池本身是一个结构复杂的电化学系统，受限于模型参数的丰富程度和建立模型及网格的复杂性，实际应用中一般需对电池系统进行大幅简化，并将成组电池单体的各种材料密度、比热、热传导系数等物性参数进行平均化处理，基于这种简化的系统模型热仿真计算结果不能很好的模拟电池系统内部热场特征。

2)热仿真分析是通过大量而复杂的计算模拟流场，需要专门的软件(如ANSYS、ADINA、ABAQUS、STAR-CCM等)和性能优异的计算机设备，同时也需要专业的仿真分析人员，资源的投入较大。

3)动力电池系统热仿真分析需花费较长的时间，增加了产品开发周期，不利于企业提升竞争力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种确定加热装置功率密度的模拟分析方法及系统，该方案中使动力电池包在特定工作过程及温度下，使用外部独立恒压源单独对不同区域的加热片进行供电，通过调节恒压源输出电压调节各区域加热片功率，过程中全程监控各区域温度，直到温升速率及各部位温差达到设计要求为止，此时各区域加热片电压所对应的功率密度即为最终设计，上述方案实现了快速确定电池系统加热片布置方案及加热片功率密度，解决热仿真分析时间长、分析结果偏离真实状态的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种确定加热装置功率密度的模拟分析方法，包括如下步骤：

在动力电池包各预设区域安装预设数量的加热装置；

将所述动力电池包置于试验环境中，控制所述动力电池包在所述试验环境中工作，同时使用恒压源对不同预设区域的加热装置施加对应的初始恒压源电压；所述试验环境的环境参数为预设环境参数；

试验过程中全程监控并记录动力电池包内部温升及温差情况，根据所述动力电池包内部温升及温差情况调整各预设区域施加的恒压源电压，直至所述动力电池包内部温升及温差情况达到预设要求；

将达到预设要求时各预设区域施加的恒压源电压对应的功率密度确定为各预设区域的功率密度设计值。