一种电池包仿真方法和装置与流程

1.本发明涉及仿真技术领域，尤其涉及一种电池包仿真方法和装置。


背景技术：

2.新能源汽车续航能力在冬季环境中会面临极大挑战，其主要原因在于动力电池包在低温环境下的续航能力会大大降低，因此，需要做好动力电池包的保温防护工作。
3.相关技术中，在对动力电池包保温措施进行研究时，主要通过试验和仿真两种方式实现。其中，在对电池包进行仿真时，需要对电池包进行简化，但是却存在如下问题：
4.当电池包的零部件简化程度过高，虽然网络数量相对少，质量相对高，求解周期短，计算资源消耗小，然而，保温仿真结果可信度会下降；
5.当电池包的零部件简化程度过低，虽然保温仿真结果可信度会上升，但是网格数量相对多，质量相对低，求解周期长，计算资源消耗大。
6.因此，如何平衡计算资源和仿真结果可信度，是亟需解决的问题。


技术实现要素：

7.本技术实施例通过提供一种电池包仿真方法和装置，解决了现有技术中在对电池进行保温仿真时，无法平衡计算资源和仿真结果可信度的技术问题，实现了平衡计算资源和仿真结果可信度，既保证了仿真结果的可信度较高，又避免使用过多的计算资源的技术效果。
8.第一方面，本技术提供了一种电池包仿真方法，方法包括：
9.获取目标电池包的n个组成部件中每个组成部件的结构特征和传热性能，n为大于1的正整数；
10.根据每个组成部件的结构特征，确定每个组成部件在仿真过程中的资源占用率；
11.根据每个组成部件对应的传热性能和资源占用率，对每个组成部件进行结构简化，得到结构简化后的n个组成部件；
12.根据结构简化后的n个组成部件，构建目标电池包的仿真模型。
13.进一步地，获取目标电池包的n个组成部件中每个组成部件的结构特征和传热性能，包括：
14.获取n个组成部件中每个组成部件的结构特征、材料密度、比热容和导热系数；
15.根据每个组成部件的结构特征、材料密度、比热容和导热系数，确定每个组成部件的传热性能。
16.进一步地，当组成部件是目标电池包内部的空气域时，根据每个组成部件对应的传热性能和资源占用率，对每个组成部件进行结构简化，包括：
17.判断空气域的传热性能是否超过第一预设传热性能；
18.当空气域的传热性能超过第一预设传热性能时，判断空气域的资源占用率是否超过第一预设资源占用率；
19.当空气域的资源占用率超过第一预设资源占用率时，去除空气域的圆角特征、端板内的空腔特征以及螺纹孔特征，以对空气域进行结构简化。
20.进一步地，当组成部件是目标电池包的上箱体时，根据每个组成部件对应的传热性能和资源占用率，对每个组成部件进行结构简化，包括：
21.判断上箱体的传热性能是否超过第二预设传热性能；
22.当上箱体的传热性能超过第二预设传热性能时，判断上箱体的资源占用率是否超过第二预设资源占用率；
23.当上箱体的资源占用率超过第二预设资源占用率时，去除上箱体的图案压印特征和倒角特征，以对上箱体进行结构简化。
24.进一步地，当组成部件是目标电池包的下箱体时，根据每个组成部件对应的传热性能和资源占用率，对每个组成部件进行结构简化，包括：
25.判断下箱体的传热性能是否超过第三预设传热性能；
26.当下箱体的传热性能超过第三预设传热性能时，判断下箱体的资源占用率是否超过第三预设资源占用率；
27.当下箱体的资源占用率超过第三预设资源占用率时，去除下箱体的焊缝特征和螺纹孔特征，以对下箱体进行结构简化。
28.进一步地，当组成部件是目标电池包的模组时，根据每个组成部件对应的传热性能和资源占用率，对每个组成部件进行结构简化，包括：
29.判断模组的传热性能是否超过第四预设传热性能；
30.当模组的传热性能超过第四预设传热性能时，判断模组的资源占用率是否超过第四预设资源占用率；
31.当模组的资源占用率超过第四预设资源占用率时，去除模组的孔特征和倒角特征，以对模组进行结构简化。
32.进一步地，当组成部件是目标电池包的电芯时，根据每个组成部件对应的传热性能和资源占用率，对每个组成部件进行结构简化，包括：
33.判断电芯的传热性能是否超过第五预设传热性能；
34.当电芯的传热性能超过第五预设传热性能时，判断电芯的资源占用率是否超过第五预设资源占用率；
35.当电芯的资源占用率超过第五预设资源占用率时，去除电芯的边角特征、倒角特征、圆孔特征和圆角特征，将电芯的极柱简化为圆柱体，将电芯的连接片简化为薄体，以对电芯进行结构简化。
36.进一步地，当组成部件是目标电池包的隔热保温材料、电池系统配电盒或者热管理系统时，方法还包括：
37.保留每个组成部件的全部特征。
38.进一步地，当组成部件是目标电池包的电池控制系统、电池管理系统或者采样线束时，方法还包括：
39.去除每个组成部件的全部特征。
40.第二方面，本技术提供了一种电池包仿真装置，装置包括：
41.获取模块，用于获取目标电池包的n个组成部件中每个组成部件的结构特征和传
热性能，n为大于1的正整数；
42.确定模块，用于根据每个组成部件的结构特征，确定每个组成部件在仿真过程中的资源占用率；
43.简化模块，用于根据每个组成部件对应的传热性能和资源占用率，对每个组成部件进行结构简化，得到结构简化后的n个组成部件；
44.构建模块，用于根据结构简化后的n个组成部件，构建目标电池包的仿真模型。
45.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
46.本技术通过获取目标电池包中各个组成部件的结构特征和传热性能，并根据结构特征，确定各个组成部件的资源占用率，根据传热性能和资源占用率，确定各个组成部件的简化方式，进而针对简化后的组成部件，构建目标电池包的仿真模型，一方面减少了计算资源的消耗和求解周期，大幅降低保温效果探究成本，另一方面还可以依据这样的仿真模型得到可信度较高的仿真结果，较好平衡了求解周期和计算资源消耗与保温仿真结果可信度的关系，保证了在具备一定计算资源前提下，在合适的求解周期内获得可信度较高的仿真结果，并且试验结果验证了该方法仿真结果的可信度。
附图说明
47.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
48.图1为本技术提供的一种电池包仿真方法的流程示意图；
49.图2为本技术提供的一种电池包中各个组成部件的位置关系示意图；
50.图3为图2中各个组成部件的传热路径示意图；
51.图4为本技术提供的一种电池包仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
52.本技术实施例通过提供一种电池包仿真方法，解决了现有技术中在对电池进行保温仿真时，无法平衡计算资源和仿真结果可信度的技术问题。
53.本技术实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
54.一种电池包仿真方法，方法包括：获取目标电池包的n个组成部件中每个组成部件的结构特征和传热性能，n为大于1的正整数；根据每个组成部件的结构特征，确定每个组成部件在仿真过程中的资源占用率；根据每个组成部件对应的传热性能和资源占用率，对每个组成部件进行结构简化，得到结构简化后的n个组成部件；根据结构简化后的n个组成部件，构建目标电池包的仿真模型。
55.本技术通过获取目标电池包中各个组成部件的结构特征和传热性能，并根据结构特征，确定各个组成部件的资源占用率，根据传热性能和资源占用率，确定各个组成部件的简化方式，进而针对简化后的组成部件，构建目标电池包的仿真模型，一方面减少了计算资源的消耗和求解周期，大幅降低保温效果探究成本，另一方面还可以依据这样的仿真模型得到可信度较高的仿真结果，较好平衡了求解周期和计算资源消耗与保温仿真结果可信度
的关系，保证了在具备一定计算资源前提下，在合适的求解周期内获得可信度较高的仿真结果，并且试验结果验证了该方法仿真结果的可信度。
56.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
57.首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
58.相关技术中，在对电池包进行保温仿真时，需要先对动力电池包进行三维建模前的简化处理，再对模型进行网格离散化，进行对模型进行求解计算，得到仿真结果。其中，在进行三维建模前的简化处理时，其简化程度直接影响到网格数量和质量，进而影响求解周期和计算资源的消耗，最终决定了保温仿真结果的可信度。当电池包的零部件简化程度过高，虽然网络数量相对少，质量相对高，求解周期短，计算资源消耗小，然而，保温仿真结果可信度会下降。当电池包的零部件简化程度过低，虽然保温仿真结果可信度会上升，但是网格数量相对多，质量相对低，求解周期长，计算资源消耗大。因此，需要平衡保温仿真结果的可信度与计算资源消耗之间的关系。
59.本实施例为了平衡保温仿真结果的可信度与计算资源消耗之间的关系，提供了如图1所示的一种电池包仿真方法，方法包括：
60.步骤s11，获取目标电池包的n个组成部件中每个组成部件的结构特征和传热性能，n为大于1的正整数；
61.步骤s12，根据每个组成部件的结构特征，确定每个组成部件在仿真过程中的资源占用率；
62.步骤s13，根据每个组成部件对应的传热性能和资源占用率，对每个组成部件进行结构简化，得到结构简化后的n个组成部件；
63.步骤s14，根据结构简化后的n个组成部件，构建目标电池包的仿真模型。
64.对目标电池包的结构组成进行分析，可以按照实际需求将目标电池包划分为n个组成部件，确定n个组成部件中每个组成部件的结构特征。
65.传热性能的高低会对电池包的保温效果产生较大的影响。当传热性能较好时，意味着电池包的散热较快，当电池包处于低温环境时，其能耗会增加。当传热性能较差时，意味着电池包的散热较慢，当电池包处于低温环境时，其能耗相对会较低。其中，传热性能较好(散热较快)或者较差(散热较慢)时，都对保温效果的影响较大，因此，针对传热性能较好或较差的结构组件，都需要较为严谨的确定其简化方式。
66.每个组成部件的传热性能与其结构特征、材料密度、比热容和导热系数均有关系。因此，可以获取n个组成部件中每个组成部件的结构特征、材料密度、比热容和导热系数，根据每个组成部件的结构特征、材料密度、比热容和导热系数，确定每个组成部件的传热性能。
67.资源占用率是指针对目标电池包中n个组成部件中的任意一个组成部件(记为目标组成部件)而言，在仿真过程中，目标组成部件占用的计算资源消耗与目标电池包中n个组成部件占用的所有计算资源消耗的比值。例如，以计算周期作为计算资源消耗的参考量，某一目标组成部件的计算资源消耗为1min，n个组成部件占用的所有计算资源消耗为
1000min，那么该目标组成部件的资源占用率为1/1000。
68.根据每个组成部件对应的传热性能和资源占用率，可以对每个组成部件进行结构简化。
69.具体地，本实施例以图2所示的电池包的结构为例，提供了针对各个不同组成部件的简化方法，具体如下。其中，图2所示的电池包的结构的传热路径一般如图3所示。
70.【空气域】
71.当组成部件是目标电池包内部的空气域时，判断空气域的传热性能是否超过第一预设传热性能；
72.当空气域的传热性能超过第一预设传热性能时，判断空气域的资源占用率是否超过第一预设资源占用率；
73.当空气域的资源占用率超过第一预设资源占用率时，去除空气域的圆角特征、端板内的空腔特征以及螺纹孔特征，以对空气域进行结构简化。
74.空气域是电池包体内各个实体的组成部件围挡形成的空间。
75.电池包体内的空气域比较复杂，其传热性能较好，因此是保温仿真最重要的影响因素。一般情况下，电池包的空气域的第一预设资源占用率较高，因此需要对空气域适当取舍。包体内主要的空气间隙要完全保留，但需要剔除圆角等细小特征，部件内的空气域，如端板内空腔、螺纹孔等，无需考虑。在仿真时，整个空气域的网格尺寸推荐为3-5mm。
76.【上箱体】
77.当组成部件是目标电池包的上箱体时，判断上箱体的传热性能是否超过第二预设传热性能；
78.当上箱体的传热性能超过第二预设传热性能时，判断上箱体的资源占用率是否超过第二预设资源占用率；
79.当上箱体的资源占用率超过第二预设资源占用率时，去除上箱体的图案压印特征和倒角特征，以对上箱体进行结构简化。
80.上箱体作为电池包与外界环境进行热交换的主要部件，对于电池包的保温效果有着较大影响力。不过，由于上箱体的结构较为整齐，因此处理相对简单，保留上箱体主体特征，剔除图案压印和倒角等其他特征，推荐网格尺寸2-3mm。
81.【下箱体】
82.当组成部件是目标电池包的下箱体时，判断下箱体的传热性能是否超过第三预设传热性能；
83.当下箱体的传热性能超过第三预设传热性能时，判断下箱体的资源占用率是否超过第三预设资源占用率；
84.当下箱体的资源占用率超过第三预设资源占用率时，去除下箱体的焊缝特征和螺纹孔特征，以对下箱体进行结构简化。
85.下箱体一般与电动汽车的其他部件接触，因此，相对于上箱体对于保温效果的影响而言，下箱体的影响更大。并且下箱体的结构较为复杂，通常情况下，传热路径上的所有细节都要保留，这些特征是影响传热的关键因素，有些特征需要处理掉，如焊缝、螺纹孔等。由于下箱体尺寸较大，考虑到计算周期，推荐网格尺寸为3-5mm。需要注意的是，底护板一般情况下需要与下箱体完全贴合，特殊情况下需要考虑两者之间的空气域，推荐网格尺寸
2mm。
86.【模组】
87.当组成部件是目标电池包的模组时，判断模组的传热性能是否超过第四预设传热性能；
88.当模组的传热性能超过第四预设传热性能时，判断模组的资源占用率是否超过第四预设资源占用率；
89.当模组的资源占用率超过第四预设资源占用率时，去除模组的孔特征和倒角特征，以对模组进行结构简化。
90.模组与主要传热方向上的各组成部件需保持紧密接触，各部件倒角、孔等特征可酌情简化，但不可使其形状或接触情况有明显改变。
91.【电芯】
92.当组成部件是目标电池包的电芯时，判断电芯的传热性能是否超过第五预设传热性能；
93.当电芯的传热性能超过第五预设传热性能时，判断电芯的资源占用率是否超过第五预设资源占用率；
94.当电芯的资源占用率超过第五预设资源占用率时，去除电芯的边角特征、倒角特征、圆孔特征和圆角特征，将电芯的极柱简化为圆柱体，将电芯的连接片简化为薄体，以对电芯进行结构简化。
95.电芯在保留主体尺寸前提下可删除边角特征，但需转换成实体结构，极柱可简化为相同直径的圆柱体。连接片可简化成同样厚度的薄体，去掉圆孔和圆角。模组上盖以及其他支撑结构为塑胶件，对传热过程而言其整体温度影响非常小，可直接简化，也可视情况忽略掉。模组或者电芯网格尺寸推荐为2mm。
96.【隔热保温材料、电池系统配电盒或者热管理系统】
97.当组成部件是目标电池包的隔热保温材料、电池系统配电盒或者热管理系统时，保留每个组成部件的全部特征。
98.隔热材料和保温材料一般比较规整，而且是影响传热的重要部件，通常情况下需要完全保存其特征，推荐网格尺寸1-2mm。
99.bdu(电池系统配电盒/箱/单元)通常情况下对传热过程影响比较大，其本体为一较大热源。但是对于保温仿真而言，bdu影响有限，可对其进行规则处理，需要注意的是bdu内部空气域需保留，推荐网格尺寸2-3mm。
100.热管理系统是保温仿真前处理核心部件，需要完全保留其特征，并且对流体域进行抽取，保持流体域和换热系统完全贴合，推荐热管理系统部件网格尺寸2mm，流体域1mm。
101.【电池控制系统、电池管理系统或者采样线束】
102.当组成部件是目标电池包的电池控制系统、电池管理系统或者采样线束时，去除每个组成部件的全部特征。
103.在保温仿真当中，bms(电池管理系统，battery management system)和bmu(电池管理单元，battery management unit)、采样线束等部件结构较复杂，并且对保温分析结果几乎无影响，为了更高效的获取可信度高的保温仿真结果，通常可以不考虑这些结构件的全部特征。
104.发明人使用上述方案，对某款新能源乘用车动力电池包进行了保温仿真，并将仿真结果和试验结果进行了对标：
105.测试环境温度为-20℃，电池包初始温度为25℃。
106.保温结束时刻，电池包温度为0℃，保温仿真降温时间为6.12h，保温试验降温时间为5.96h，总体误差在3％以内，可信度极高。由此可见，本发明较好的均衡了保温仿真结果的可信度与计算资源消耗之间的关系。
107.综上所述，本实施例通过获取目标电池包中各个组成部件的结构特征和传热性能，并根据结构特征，确定各个组成部件的资源占用率，根据传热性能和资源占用率，确定各个组成部件的简化方式，进而针对简化后的组成部件，构建目标电池包的仿真模型，一方面减少了计算资源的消耗和求解周期，大幅降低保温效果探究成本，另一方面还可以依据这样的仿真模型得到可信度较高的仿真结果，较好平衡了求解周期和计算资源消耗与保温仿真结果可信度的关系，保证了在具备一定计算资源前提下，在合适的求解周期内获得可信度较高的仿真结果，并且试验结果验证了该方法仿真结果的可信度。
108.基于同一发明构思，本实施例提供了如图4所示的一种电池包仿真装置，装置包括：
109.获取模块41，用于获取目标电池包的n个组成部件中每个组成部件的结构特征和传热性能，n为大于1的正整数；
110.确定模块42，用于根据每个组成部件的结构特征，确定每个组成部件在仿真过程中的资源占用率；
111.简化模块43，用于根据每个组成部件对应的传热性能和资源占用率，对每个组成部件进行结构简化，得到结构简化后的n个组成部件；
112.构建模块44，用于根据结构简化后的n个组成部件，构建目标电池包的仿真模型。
113.获取模块41具体用于：
114.获取n个组成部件中每个组成部件的结构特征、材料密度、比热容和导热系数；
115.根据每个组成部件的结构特征、材料密度、比热容和导热系数，确定每个组成部件的传热性能。
116.简化模块43还用于：当组成部件是目标电池包内部的空气域时，判断空气域的传热性能是否超过第一预设传热性能；
117.当空气域的传热性能超过第一预设传热性能时，判断空气域的资源占用率是否超过第一预设资源占用率；
118.当空气域的资源占用率超过第一预设资源占用率时，去除空气域的圆角特征、端板内的空腔特征以及螺纹孔特征，以对空气域进行结构简化。
119.简化模块43还用于：当组成部件是目标电池包的上箱体时，判断上箱体的传热性能是否超过第二预设传热性能；
120.当上箱体的传热性能超过第二预设传热性能时，判断上箱体的资源占用率是否超过第二预设资源占用率；
121.当上箱体的资源占用率超过第二预设资源占用率时，去除上箱体的图案压印特征和倒角特征，以对上箱体进行结构简化。
122.简化模块43还用于：当组成部件是目标电池包的下箱体时，判断下箱体的传热性
能是否超过第三预设传热性能；
123.当下箱体的传热性能超过第三预设传热性能时，判断下箱体的资源占用率是否超过第三预设资源占用率；
124.当下箱体的资源占用率超过第三预设资源占用率时，去除下箱体的焊缝特征和螺纹孔特征，以对下箱体进行结构简化。
125.简化模块43还用于：当组成部件是目标电池包的模组时，判断模组的传热性能是否超过第四预设传热性能；
126.当模组的传热性能超过第四预设传热性能时，判断模组的资源占用率是否超过第四预设资源占用率；
127.当模组的资源占用率超过第四预设资源占用率时，去除模组的孔特征和倒角特征，以对模组进行结构简化。
128.简化模块43还用于：当组成部件是目标电池包的电芯时，判断电芯的传热性能是否超过第五预设传热性能；
129.当电芯的传热性能超过第五预设传热性能时，判断电芯的资源占用率是否超过第五预设资源占用率；
130.当电芯的资源占用率超过第五预设资源占用率时，去除电芯的边角特征、倒角特征、圆孔特征和圆角特征，将电芯的极柱简化为圆柱体，将电芯的连接片简化为薄体，以对电芯进行结构简化。
131.装置还包括：
132.特征保留模块，用于当组成部件是目标电池包的隔热保温材料、电池系统配电盒或者热管理系统时，保留每个组成部件的全部特征。
133.特征去除模块，用于当组成部件是目标电池包的电池控制系统、电池管理系统或者采样线束时，去除每个组成部件的全部特征。
134.由于本实施例所介绍的电子设备为实施本技术实施例中信息处理的方法所采用的电子设备，故而基于本技术实施例中所介绍的信息处理的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本技术实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本技术实施例中信息处理的方法所采用的电子设备，都属于本技术所欲保护的范围。
135.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
136.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
137.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
138.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
139.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
140.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。