電池熱管理系統通過調節電池的溫度條件來保持電池安全高效地運行。

高電池溫度會加速電池老化并帶來安全風險，而低溫度會導致電池容量下降和充電/放電性能減弱。

電池熱管理系統通過在電池過熱時散熱或過冷時供熱來控制電池的工作溫度。

工程師會使用主動、被動或混合熱傳遞解決方案來調節這些系統的電池溫度。主動解決方案通常通過風扇或泵推動工作流體（如空氣、水或其他液體）來降低或提高電池溫度。

在被動解決方案中，導熱材料做成的散熱片或管道會從電池中帶走熱量?；旌辖鉀Q方案兼具主動和被動解決方案的關鍵設計特征。

創建仿真熱傳遞過程的電池散熱軟件模型可以幫助工程師分析設計參數的權衡、評估性能和實現控制算法。

工程師可以使用 MATLAB 和 Simulink 設計能夠確保電池組在各種工況下安全地提供最優性能的電池熱管理系統，。



在 Simulink 中對新的和老化的鋰離子電池組模型執行熱分析，以從功率、性能和封裝角度設計滿足壽命終止 (EOL) 時間保修標準的電池組。

使用 MATLAB 和 Simulink，您能夠：

對電池的詳細熱行為進行建模

使用各種工作流體（包括氣體、液體和相變冷卻劑）構建冷卻/制熱系統模型

通過建模和仿真執行組件選擇和組件選型

使用不同組件參數探索設計空間并優化電池熱管理系統性能

仿真極端溫度條件以針對“假設”場景進行設計

設計溫度調節的監督控制邏輯和閉環控制策略

進行案例研究以評估不同設計方案的熱影響

通過減少使用生產電池硬件執行高成本、耗時的測試來降低成本

為電池熱管理控制自動生成生產就緒的嵌入式代碼并符合行業標準

捕獲電池熱行為

使用 Simscape 和 Simscape Battery，您可以從電芯級別開始創建模型，然后添加環境溫度影響、熱界面材料和冷卻板連接來創建更具代表性的模型。

通過定義到環境、冷卻劑和冷卻板位置的熱路徑，您可以從電池到電池、電池到板和電池到環境的角度考慮熱傳遞。

Simscape Battery 提供支持不同流配置的預置冷卻板模塊，包括并行通道、U 形矩形通道和邊緣冷卻。



Simscape Battery 中的并行通道模塊（左），Simscape Battery 中的 U 形通道模塊（中），Simscape Battery 中的邊緣冷卻模塊（右） 將這些冷卻板離散化為各個元素可以很好地捕獲電池和冷卻劑流之間的動態交互產生的溫度分布。 電池組級熱模型可通過將電池組合成具有熱效應的模塊并將模塊排列在電池組內來構建。

Simscape 內置的電池組模型使用反映實際系統并可以隨著電池數量的增加而擴展的電氣和熱網絡。您可以對不同老化程度的電池組執行熱性能分析，以滿足壽命終止 (EOL) 時的保修標準。



使用 Simscape 中的熱元素庫對單個電芯進行詳細的一維熱建模



使用 Simscape Battery 為電池模塊定義冷卻劑熱路徑



將冷卻板連接到電池模塊和并聯電芯

冷卻/加熱系統建模

您可以使用 Simscape 和 Simscape Fluids 中氣體、液體和熱效應領域的模塊對主動、被動或混合冷卻/加熱解決方案進行建模。您還可以通過繪制示意圖來放置管道、閥門、熱交換器和流體箱，從而探索冷卻/制熱系統的架構。對于液體回路系統，您可以對以下各項進行建模：存放儲備流體的擴展流體箱；在電芯附近引導工作流體的冷板；具有泵、流路徑和閥門的電機驅動循環系統；以及不同類型的熱交換器，例如有線加熱器或散熱器。

在創建冷卻/加熱系統模型后，您可以運行仿真，通過探索組件選型和系統參數來細化設計，以及滿足散熱和功耗等要求。



使用 Simulink 和 Simscape 創建的電動汽車 (EV) 電池的主動液體回路冷卻/加熱系統模型

設計電池熱管理的控制功能

Simulink 讓您可以輕松設計閉環控制功能。該功能結合前饋和 PID 方法來實現循環系統控制，例如進料流（閥門）控制、質量流量（泵）控制和熱交換路徑選擇控制。使用 Simscape Battery，您可以通過預置的模塊（例如電池冷卻劑控制和電池加熱器控制）來構建電池熱管理控制算法。您還可以使用 Stateflow 根據環境溫度和電池溫度設計用于在不同工作模式（例如加熱和冷卻）之間切換的監督控制邏輯。



冷卻劑控制系統的 Simulink 模型，該控制系統根據電芯之間的溫度以及環境溫度計算流速

生成代碼并執行硬件在環 (HIL) 測試

使用 Embedded Coder 和 HDL Coder，您可以自動生成可讀的、優化的 C/C++ 或 HDL 代碼，用于在嵌入式微控制器或 FPGA/SoC 目標上部署電池熱管理系統軟件。

您還可以為被控對象模型生成代碼，并執行硬件在環 (HIL) 測試。Simscape Battery 包括可充當電池和電池監督電路之間接口的模塊。

通過將這些模塊與實時硬件結合使用，您可以將電池仿真連接到現實世界的電池平衡硬件。電池系統的 HIL 測試支持您用實時機器來測試電池熱管理系統，從而取代耗時且高成本的硬件測試。

這可以降低在危險的測試條件下損壞電池硬件的風險，讓您可以在各種工況（包括極端溫度、惡劣工作條件和故障）下測試電池熱管理系統。







審核編輯：劉清