蓄電池仿真概述

　　摘要： 根據(jù)歐洲車系整車企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)流程， 結(jié)合筆者在上海汽車對(duì)英系車開發(fā)的一些經(jīng)驗(yàn)， 對(duì)車用電池仿真和供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用及基本原理進(jìn)行概述。

　　1 電源模型在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　電池仿真在產(chǎn)品開發(fā)各個(gè)進(jìn)程中都起著重要作用， 尤其在汽車行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和試制階段。設(shè)計(jì)階段又可分成系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)模型仿真與電源自身個(gè)體級(jí)數(shù)學(xué)模型的建立。

　　1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)級(jí)模型仿真應(yīng)用

　　在汽車供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是，根據(jù)Feather （市場(chǎng)配置表） 與目標(biāo)市場(chǎng)氣候條件、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速概率落點(diǎn)等一系列因素進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性靜態(tài)估計(jì)， 成車后再進(jìn)行發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、蓄電池的動(dòng)態(tài)電量匹配試驗(yàn)分析（ 例如， 上海GM, 上海VW,東風(fēng)PSA等中國幾乎所有整車企業(yè)都采用此流程）。

　　由于近幾年汽車供電系統(tǒng)的發(fā)展， 傳統(tǒng)的開發(fā)方式不僅存在錯(cuò)估風(fēng)險(xiǎn)， 而且對(duì)工程師的自身經(jīng)驗(yàn)要求相當(dāng)?shù)母撸?成本也很高（ 特別是電量驗(yàn)證試驗(yàn)中的風(fēng)洞室等的使用） .隨著單車雙體式蓄電池的應(yīng)用，EEM電能管理模塊在車中的使用， 42 V啟動(dòng)電源策略及混合動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展， BY-WIRE系統(tǒng)的出現(xiàn)，更加需要一個(gè)能夠適應(yīng)復(fù)雜設(shè)計(jì)要求的開發(fā)手段，即前期模型預(yù)測(cè)和后期跟蹤對(duì)比及檢錯(cuò)。供電系統(tǒng)的仿真模型最為核心的就是蓄電池模型， 蓄電池仿真變量較多， 而且比發(fā)電機(jī)等其它部件更易受環(huán)境影響。圖1為汽車供電系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)易模型圖（ 系統(tǒng)級(jí)模型）。

圖1 汽車供電系統(tǒng)簡(jiǎn)易模型圖

　　在歐洲， 許多開發(fā)者已開始著手進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)仿真的工作， 比如LABCAR （ 整車全仿真試驗(yàn)室） 的建立， SIMUlink模塊化發(fā)動(dòng)機(jī)模型的建立。此模型輸出各種仿真工況下溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等一系列環(huán)境參數(shù)， 而BCM （ 車身控制器） 等ECU采用半仿真來檢測(cè)此設(shè)計(jì)方案。JAGUAR （ 捷豹） 等企業(yè)也應(yīng)用了模型仿真設(shè)計(jì)方式， 為每一個(gè)車系平臺(tái)都針對(duì)車身電子建立一個(gè)整車模型系統(tǒng)， 主要進(jìn)行總線和網(wǎng)絡(luò)的仿真測(cè)試及供電系統(tǒng)的仿真。這些廠商一般使用的是DSPACE發(fā)動(dòng)機(jī)模型或TELUS數(shù)學(xué)模型，而這些模型主要目的大多不是進(jìn)行供電系統(tǒng)的仿真開發(fā)， 而是進(jìn)行CAN總線的一些開發(fā)。在中國， 僅上汽/RICARDO2010在進(jìn)行這項(xiàng)工作（ 供電模型仿真） .在歐洲， 僅德國某整車企業(yè)是真正從蓄電池供電系統(tǒng)仿真的開發(fā)流程進(jìn)行開發(fā)的。

　　圖2為德國某企業(yè)的5系平臺(tái)的部分供電系統(tǒng)仿真試驗(yàn)結(jié)果圖?？梢姺抡娴男Ч芎?， 和上汽復(fù)測(cè)的真實(shí)結(jié)果吻合得很好。

圖2 德國某企業(yè)5系平臺(tái)的部分供電系統(tǒng)仿真試驗(yàn)結(jié)果圖

　　根據(jù)模型的復(fù)雜度分別求出電量系統(tǒng)的匹配情況， 可以計(jì)算出： 蓄電池、發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)的容量及選用策略是否合適， 用戶電池的更換頻率評(píng)估，各種不利工況對(duì)蓄電池活性物質(zhì)的影響， 怠速等策略標(biāo)定是否得當(dāng)， 發(fā)電機(jī)失效狀態(tài)下的供電系統(tǒng)破壞性驗(yàn)證， 靜態(tài)電流及車輛放置時(shí)間測(cè)定， 單位電功率與油耗影響關(guān)系， 冷起動(dòng)性能等一系列重要參數(shù)。針對(duì)以上這些問題， 上汽首先提出供電系統(tǒng)級(jí)模型與個(gè)體模型的概念， 圖3為兩者關(guān)系圖。

圖3 供電系統(tǒng)級(jí)模型與個(gè)體級(jí)模型的關(guān)系