摘要
电池包三维CFD分析通常受网格尺寸影响，计算周期相对较长。面对产品快速迭代的需求，如何快速、准确地对电池包进行分析是提升产品竞争力的关键。本文为美国电池解决方案（ABS）公司利用GT-SUITE实现电池包分析，并完成在极端天气下对电池包热管理控制策略方案的验证，从而缩短了产品研发时间和成本。
研究背景
随着世界各国对汽车排放标准越来越严格，各大车企都纷纷加快了对新能源汽车领域的研发工作。纯电动货车也越来越普及，但货车全年都会在工作，高温天气和寒冷天气都不例外，因此为了保证电池的具有长续航能力，必须验证电池包在极端环境条件下的性能，同时还要考虑到电池包的老化特性。
流动分析
为了确保电池包的热分析准确，首先要保证GT-SUITE计算的冷板流阻与试验相吻合，因此将冷板的CAD模型导入到GEM3D中，通过离散转化成 GT-SUITE模型。
从下图的分析结果中可以看到，在不同流量的情况下，GT-SUITE计算的冷板压降与测试值平均误差较小，在低流量的情况下，误差稍偏大；在高流量时，误差率不到1%。
电池包的热模型
利用GT-SUITE建立了电池、TIM和PET的简化热模型。
在这个模型中，我们将电池的平均温度、冷板的平均温度与流量分配相关联，这是因为流量的分配与电池组的温度是直接相关的。因此用了多个不同流速和不同温度的边界。在没有试验数据的情况下，使用CFD计算的结果数据对该模型进行验证，从下图分析结果我们可以看出，GT-SUITE计算的冷板流量分配和CFD分析结果相接近。
下图是GT-SUITE计算出的电池温度和冷板温度仿真结果与试验测试结果对比，基本上和测试结果一致，而且达到最大温度的时间也吻合。
控制策略验证
电池包热分析验证完后，还需要对电池包的控制策略进行验证，因此将GT-SUITE模型集成到Simulink中，测试控制逻辑，了解系统基于不同的逻辑做出的响应，比如电池包处于极端环境中，Simulink如何响应。
控制策略是：当电池温度到达上限阈值时，Chiller必须工作，当电池温度到达下限阈值时，它必须关闭；同样，当电池温度到达最低阈值时，加热器必须打开，当温度到达上限时，电池加热器必须关闭。
下图中灰线代表电池的平均温度，蓝色线代表冷却液入口温度，橙色线代表冷却液出口温度，黄色线是电池功率，灰色线是电池平均温度。从图中可以看到，当电池平均温度达到下限时，加热器就会打开，这样保证电池处于正常工作的温度区间；当电池平均温度达到上限，通过降低冷却液的温度来冷却它；甚至当电池功率突然增加，系统仍按我们的预期工作。
电池老化研究
为了测试不同条件下的电池老化性能，我们使用GT-AutoLion建立了1D的电池模型，GT-AutoLion计算的结果与我们在3种不同温度和4种不同放电速率下的室内测试获得的测试数据进行对比，下图为其中一组数据的对比，从结果对比看GT-AutoLion计算出的电压曲线和试验测试结果基本吻合，并且结束时电池温度仿真与试验的一致性不错，试验温度为26.27℃， 仿真温度为26.03℃。
另外还做了电池循环老化研究，循环周期结束时一致性也不错，误差在2%以内。
总结
以上通过借助GT-SUITE完成对电池包流动、热分析、老化分析及策略验证的运用，从分析结果和测试数据比对来看， GT-SUITE可以代替CFD来完成电池包大部分的分析工作，并且降低产品研发时间和成本。
文章来源：2022-GTTC-US-American-Battery-Impact-of-GT
