Имитационная модель системы охлаждения в среде Matlab, позволяющая анализировать тепловое состояние аккумуляторного модуля

Введение. Развитие сектора экологически чистого транспорта в последнее десятилетие становится одним из наиболее перспективных направлений. Особенно заметным достижением автопроизводителей является серийных выпуск электромобилей.

Цель исследования – формирование методики разработки системы термостатирования тяговой аккумуляторной батареи (ТАБ), в том числе создание имитационной модели (ИМ).

Методология и методы. Основа данной ИМ – стандартная ИМ в библиотеке Matlab/Simulink. Ключевым компонентом в ИМ является блок закрытого канала (трубопровода) для транспортировки жидкости между компонентами теплоносителя с возможностью теплообмена. Представлен перечень необходимых исходных данных, приведены принципиальные схемы, схемы подключения блоков Simulink (в среде Matlab). Описан принцип работы системы, указаны пути реализации ИМ каждого компонента и системы охлаждения в целом электрических транспортных средств (ЭТС). Результаты и научная новизна. Одними из основных препятствующих факторов замены автомобилей с ДВС остаются безопасность и надёжность ЭТС. Один из основных критериев безопасности ТАБ – это эксплуатация в оптимальном температурном диапазоне. Данный факт стимулирует создание систем охлаждения ТАБ и контроля за эксплуатационными свойствами единичных аккумуляторов и ТАБ в целом. При моделировании работы и состояния компонентов тягового электрического оборудования был реализован естественный теплоотвод (5 Вт/м² ∙°С), показавший свою эффективность.

Практическая значимость. Рассматриваемая ИМ раскрывает широкие возможности для разработки систем термостатирования, то есть возможен подбор компонентов на этапе проектирования системы. В статье изложены выводы по результатам теплового моделирования ТАБ электробуса.

1. Feng-ling Y., Wei-ren J., Ling T., Wencheng L., Jing P., Shi-gang L. Analysis of Capacity Fade from Entropic Heat Coefficient of Li[Nix Coy Mnz ]O2 . Graphite Lithium Ion Battery // Journal of the Electrochemical Society. – 163 (5) (2016). – Р. A639–A643.

2. MDPI (Multidisciplinary Digital Publishing Institute). URL: http://www.mdpi.com/19961073/10/9/1284/htm (дата обращения: 18.01.2018).

3. The MathWorks, Inc. URL: https://www.mathworks.com/help/physmod/sps/powersys/ref/battery.html (дата обращения: 18.01.2018).

4. Строганов В.И., Сидоров К.М. Математическое моделирование основных компонентов силовых установок электромобилей и автомобилей с КЭУ: учеб. пособие. – М.: МАДИ, 2015. – 100 с.

5. Xie Q., Yue S., Pedram M., Shin D., Chang N. Adaptive Thermal Management for Portable System Batteries by Forced Convection Cooling // Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition. 2013. – Р. 4.

6. Карпухин К.Е., Биксалеев Р.Ш., Климов А.В., Оспанбеков Б.К. Об аспектах безопасности тяговых аккумуляторных батарей электрифицированных транспортных средств. Анализ факторов, влияющих на их ресурс, и некоторые методы его оценки // Журнал ААИ. – 2017. – № 6 (107). – С. 26–29.

7. Rui Z., Junjie G., Jie L. An experimental study of heat pipe thermal management system with wet cooling method for lithium ion batteries // Elsevier Journal of Power Sources. – 2015. – № 273. – P. 1089–1097.

8. Fathabadi H. A novel design including cooling media for Lithium-ion batteries pack used in hybrid and electric vehicles // Journal of Power Sources. – 2014. Р. 495–500.

9. Warner J. The Handbook of Lithium-Ion Battery Pack Design. – Elsevier, 2015. – 240 р.