Batterijmodule Simulatie – Lineaire tijd invariant gereduceerde bestelmodellen

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.

Batterijmodule Thermische ontwerpuitdagingen

Het ontwerpen van batterijmodules voor gebruikscycli presenteert verschillende unieke thermische engineering -uitdagingen.

Gebruikscycli, zoals aandrijfcycli, omvatten variabele belastingen, snelheden en omgevingscondities, waarbij batterijen nodig zijn om consistente prestaties te leveren onder dynamische stress. Het beheren van thermisch gedrag is van cruciaal belang, omdat fluctuerende stromen warmte genereren die cellen kunnen afbreken. Ontwerpers moeten zorgen voor een optimale energiedichtheid, vermogensuitgang en veiligheid, terwijl de grootte, het gewicht en de kosten van de kosten in evenwicht brengen. Bovendien moeten cellen zorgvuldig worden gekoppeld om onevenwichtigheden te voorkomen die de prestaties en de levensduur beïnvloeden. Het voorspellen van langetermijndegradatie onder real-world cycling compliceert het ontwerp verder. Over het algemeen vereist het bereiken van duurzaamheid, efficiëntie en betrouwbaarheid in verschillende rijscenario's zorgvuldige engineering en geavanceerde controlestrategieën.

Technische oplossing

Om de uitdagingen van de batterijmodule in drive -cycli aan te pakken, gebruiken ingenieurs verschillende oplossingen. Thermische beheersystemen, zoals vloeistofkoeling of faseveranderingsmaterialen, reguleren de temperatuur en voorkomen oververhitting. Batterijbeheersystemen (BMS) Monitor Spanning, stroom en temperatuur om celbalancering en veilige werking te garanderen. Geavanceerde modellerings- en simulatietools helpen de prestaties en afbraak te voorspellen onder verschillende aandrijfomstandigheden. Celselectie en matching verbeteren uniformiteit en levensduur. Structureel ontwerp optimaliseert de verpakkingen voor gewicht, duurzaamheid en crashveiligheid. Bovendien passen adaptieve besturingsalgoritmen de stroomafgifte in realtime aan om de efficiëntie te verbeteren en de levensduur van de batterij te vergroten in verschillende rijscenario's.

Het gebruik van ANSYS Fluent is een effectief hulpmiddel voor het evalueren van batterij -thermische systeemoplossingen; Deze evaluaties kunnen echter verschillende uitdagingen opleveren. Het maken van nauwkeurige modellen vereist gedetailleerde invoergegevens, inclusief materiaaleigenschappen en celgedrag onder verschillende omstandigheden, die moeilijk te verkrijgen kunnen zijn. Het valideren van high-fidelity simulaties in vloeiende is computationeel intensief en tijdrovend bij het overwegen van gebruikscycli. Door gebruik te maken van verminderde ordermodellen in ANSYS Digital Twin -thermische oplossingen voor gebruikscycli kunnen in realtime worden geëvalueerd. Deze blog behandelt de lineaire tijd invariant (LTI) gereduceerde ordermodel (ROM) voor een batterijmodule.

Methode

Het instellen van batterijmodule thermische simulatie met ANSYS Fluent en Digital Twin in deze discussie omvat verschillende stappen. Deze stappen omvatten denkkaart, productkaart, vloeiende case -instellingen en Twin Builder Digital Twin Setup.

Gedachte kaart: Er wordt een gedachtekaart van blaasvormige kenmerken gegenereerd om ideeën, concepten of informatie op een gestructureerde manier te organiseren en weer te geven. De onderstaande denkkaart toont het doel van de simulatiestudie en vragen die worden gesteld om het doel te beantwoorden. Elke vraag wordt gevolgd door een theorie, actie en voorspelling om elke vraag te beantwoorden. Resultaten zouden ook aan de onderkant van elke tak worden toegevoegd wanneer deze worden gegenereerd.

Productkaarten: Een productkaart van de PLOY -vormparison en mallen wordt gegenereerd om productfuncties te vermelden en te categoriseren. Een productkaart geeft enkele factoren aan die overeenkomen met theorieën/acties in de denkkaart.

Vloeiende trainingssimulatie: Vloeiende modellen worden uitgevoerd voor trainingsdoeleinden volgens de studies geproduceerd door de denkkaart. Een steady-state koude stroomsimulatie wordt eerst uitgevoerd om een ​​oplossing te genereren voor de koelvloeistofstroom met koude plaat met nul celwarmte en nul tabstroom. Vervolgens worden de stroomvergelijkingen gedeactiveerd en wordt de energievergelijking geactiveerd. De onderstaande afbeeldingen tonen de reeks stappen voor het trainen van het LTI -model met enkele invoer meervoudige uitvoer en met meerdere invoer Meerdere uitvoer verminderde ordermodellen in het vloeiende batterijmodel.

De volgende afbeelding toont de activering van de Battery ROM -toolkit en de selectie van het LTI ROM -type uit het batterijmodelpaneel.

De volgende afbeelding toont de verschillende selectieprocedure voor single-input multiple output (simo) versus meervoudige input multiple output (MIMO) roms bij het selecteren van de volumewarmte. Tip: geef de wattage -waarde op voordat u op de knoppen “Als groep toevoegen” of “afzonderlijk toevoegen” klikt.

De stroomstroomstroom voor Joule -warmte wordt in beide gevallen geactiveerd; en beide gevallen gebruiken cellen die afzonderlijk worden toegevoegd voor het gemiddelde van de celzone zoals hieronder weergegeven. Na het instellen van de tijdelijke instelling worden de instellingen toegepast en wordt de training geactiveerd.

Digitale tweelingsimulatie: De digitale tweelingfunctionaliteit voor lineaire tijd invariante ROM in Twin Builder is toegankelijk via Twin Builder> Toolkit> Thermische modelidentificatie. De onderstaande afbeeldingen tonen de volgorde van stappen voor het uitvoeren van het LTI -model met een enkele ingang Multiple output Reduced Order Model (links) en meervoudige invoer Multiple output Reduced Order Model (rechts) in Twin Builder.

Het gegenereerde model wordt uit de componentbibliotheek naar het schematische venster gesleept. Constante ingangen voor warmtebelasting en stroom worden toegevoegd en verbonden met het model. Een vierkante functie wordt toegevoegd tussen het stroomconstante blok en de Joule -warmteingang omdat warmtebelasting een functie is van stroom in het kwadraat. Voor de Simo ROM komt een constante warmtebelasting overeen met de kopbelasting van de module. Voor de MIMO ROM is een constante warmtebelasting verbonden met alle ingangen en heeft een waarde gelijk aan de warmtebelasting per cel.

Twin Builder -analyse wordt uitgevoerd om de tijdelijke temperatuurresultaten te genereren. De simulatieberekeningen worden uitgevoerd om de resultaten te genereren, gericht op temperatuur- en simulatietijd. Vloeiende runs werden parallel uitgevoerd met 10 processors en gebruikten een tijdstapgrootte gelijk aan de maximale tijdstapgrootte die is opgegeven voor de digitale tweelingruns. Behandelingengegevens worden geanalyseerd om de theorievragen te beantwoorden en voorspellingen te bevestigen of in tegenspraak te maken.

Vloeiende en digitale tweelingsimulatieresultaten

Grafische analyse van trainingstijd: De onderstaande grafieken tonen de tijd die wordt besteed aan het trainen van de ROM's in vloeiende. De multiple input multiple outlet training (MIMO) duurde zes keer langer dan de enkele invoer multiple output (SIMO) training omdat er 13 ingangen waren in vergelijking met 2.

Grafische analyse van simulatietijd: De onderstaande grafieken tonen de tijd die wordt besteed aan het simuleren van het gebruik in vloeiende en digitale tweeling. Het eerste scenario had een constante warmtebelasting, terwijl de tweede en derde scenario's tijdelijke warmtebelastingen hadden. De digitale tweelingruntijden waren minder dan 4 seconden. De overeenkomstige vloeiende runs duurden uren om te rennen.

Grafische analyse van simulatietemperatuur: De onderstaande grafieken geven de temperatuurvergelijking weer tussen de vloeiende runs en de overeenkomstige SIMO- en MIMO -ROM's met constante warmtebelasting. Het is heel moeilijk om een ​​verschil in de temperatuur te zien; Het simulatietijdverschil is echter groot.

Grafische analyse van simulatietemperatuur: De onderstaande grafieken geven de temperatuurvergelijking weer tussen de vloeiende runs en de overeenkomstige digitale tweelingruns met voorwaartse en omgekeerde cyclusbelastingen. Het is heel moeilijk om een ​​verschil in de temperatuur te zien; Het simulatietijdverschil is echter groot.

Grafische analyse van de invloed van de batterijstroom: De onderstaande grafieken geven de temperatuurvergelijking weer tussen de twee stroomniveaus met voorwaartse en omgekeerde cyclusbelastingen. Een temperatuurverschil van een halve graad is te zien aan het einde van de cycli. Elke run duurde minder dan 4 seconden om uit te voeren.

Video

Stel details instellen: De volgende video stapt door hoogtepunten van de opstelling voor zowel Simo als MIMO met behulp van Fluent en Twin Builder.

ANSYS -oplossing komt voordelen

ANSYS biedt geavanceerde mogelijkheden voor het simuleren van thermische systemen van de batterijmodule die tal van voordelen bieden, waaronder verbeterde ontwerpoptimalisatie, verbeterde betrouwbaarheid en kostenbesparingen. Door de prestaties van de batterijmodule per gebruik nauwkeurig te voorspellen, kunnen fabrikanten producten ontwerpen die aan specifieke vereisten efficiënter voldoen.

Uiteindelijk bieden ANSYS Fluent en Digital Twin een uitgebreide, virtuele omgeving om gebruikscycli te evalueren en koelsystemen te verfijnen.

ANSYS Fluent en Digital Twin maken de evaluatie van meerdere ontwerp/invoerfactoren zoals stroom en constante of variabele warmtebelasting mogelijk. Een thermische ingenieur van een batterij kan meerdere ontwerpopties in digitale tweeling evalueren om het thermische gedrag in realtime te begrijpen. Naast digitale tweeling en vloeiend, biedt ANSYS hulpmiddelen zoals LS-DYNA, DesignXplorer, Optislang en mechanisch voor verdere ontwerpparametrisatie en -evaluatie.

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.