基于最小能耗的動(dòng)力電池風(fēng)冷控制策略

趙國柱，招曉荷，徐曉明，高茂慶

（1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇 南京 210031；2江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

適宜的工作溫度是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池具有良好使用性能的重要保證，一旦電池溫度超過40℃，不僅影響汽車的動(dòng)力性，還可能使電池包出現(xiàn)熱失控等安全問題[1]。因此必須對(duì)運(yùn)行過程中的動(dòng)力電池包進(jìn)行有效地散熱[2]。在眾多的電池包散熱方法中，風(fēng)冷散熱由于其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，是目前電動(dòng)汽車上常見的一種散熱方法。為提高風(fēng)冷式電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的散熱效果，陳凱等對(duì)進(jìn)出口導(dǎo)流板的角度進(jìn)行優(yōu)化[3]，并在此基礎(chǔ)上對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化電池單元的間距[4]。

風(fēng)機(jī)控制策略也會(huì)對(duì)風(fēng)冷散熱效果產(chǎn)生重要影響。對(duì)風(fēng)機(jī)控制策略的研究可以分為兩大類，一類是風(fēng)機(jī)全程開啟型控制策略，強(qiáng)制風(fēng)的流向、流速等狀態(tài)參數(shù)會(huì)隨著動(dòng)力電池狀態(tài)的變化而實(shí)時(shí)調(diào)整：JIANG等[5]針對(duì)汽車實(shí)際行駛過程中電池的熱量持續(xù)累積的現(xiàn)象，提出在放電過程中風(fēng)扇要一直開啟。MAHAMUD等[6]提出一種周期性開啟翻轉(zhuǎn)閥門的冷空氣流向控制方法，進(jìn)一步優(yōu)化了風(fēng)機(jī)全程開啟的控制策略。GAO等[7]在研究風(fēng)向變化次數(shù)對(duì)電池時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)全程開啟時(shí)風(fēng)向變化越快，電池包的溫度分布越均勻。這些策略雖可有效滿足電池包的散熱要求，但風(fēng)機(jī)全程開啟能耗較高。另一類是基于溫度開關(guān)型的風(fēng)機(jī)控制策略，即依據(jù)電池溫度決定風(fēng)機(jī)的開閉狀態(tài)及風(fēng)速大小，WANG等[8]在研究風(fēng)機(jī)的不同開啟時(shí)間與關(guān)閉時(shí)間對(duì)電池包散熱性能的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)無需全程開啟，當(dāng)電池包溫度接近40℃時(shí)打開風(fēng)機(jī)可以有效節(jié)約風(fēng)機(jī)能耗。郭陽東[9]根據(jù)汽車行駛工況、電池表面溫度、環(huán)境溫度等參數(shù)建立了電池內(nèi)部溫度的預(yù)測(cè)方程，根據(jù)電池內(nèi)部估計(jì)溫度決定風(fēng)機(jī)檔位。HE等[10]建立了一種基于電池電流、表面溫度以及冷卻空氣溫度的電池內(nèi)部溫度觀測(cè)器，根據(jù)電池內(nèi)部溫度調(diào)整冷卻氣流的方向和流速。不管是基于電池表面溫度還是內(nèi)部溫度，這類控制策略均因風(fēng)冷系統(tǒng)散熱的滯后效應(yīng)而存在散熱不及時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。CHOI等[11]設(shè)計(jì)了一種可以預(yù)估動(dòng)態(tài)工況下電池溫度的熱模型，根據(jù)充電/放電狀態(tài)、SOC和電池溫度等參數(shù)，預(yù)測(cè)電池包溫升情況，為后期制定風(fēng)扇工作策略和邏輯提供依據(jù)。針對(duì)由風(fēng)冷與液冷構(gòu)成的混合冷卻系統(tǒng)， CHONG等[12]在基于車輛功率需求的基礎(chǔ)上，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法確定該系統(tǒng)的最小能耗，在隨后的研究中，又提出了一種基于有限集模型預(yù)測(cè)控制的熱管理控制策略以提高冷卻系統(tǒng)求解最小能耗的效率[13]。然而目前智能網(wǎng)聯(lián)汽車的普及還很難實(shí)現(xiàn)，因此如何利用現(xiàn)有的技術(shù)水平獲得汽車未來的工況信息，建立合理有效的動(dòng)力電池溫升模型是研究難點(diǎn)。

基于此，本文提出一種普遍適用的動(dòng)力電池風(fēng)冷控制策略，根據(jù)車載導(dǎo)航系統(tǒng)預(yù)測(cè)未來路段的平均車速、坡度等信息建立動(dòng)力電池在未來路段的溫升模型，并采用分段式動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法以風(fēng)機(jī)的能耗最小為目標(biāo)提前確定風(fēng)機(jī)的最優(yōu)風(fēng)速及開啟時(shí)機(jī)。最后對(duì)動(dòng)力電池未來溫升的精度進(jìn)行硬件在環(huán)的試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)基于最小能耗的動(dòng)力電池風(fēng)冷控制策略的散熱與節(jié)能效果進(jìn)行仿真對(duì)比。

1 基于車載導(dǎo)航系統(tǒng)的未來路段工況預(yù)報(bào)

當(dāng)駕駛員根據(jù)車載導(dǎo)航系統(tǒng)選定車輛行駛路徑后，導(dǎo)航系統(tǒng)將預(yù)報(bào)整個(gè)路徑的長度及行車時(shí)間；并且在行駛過程中，導(dǎo)航系統(tǒng)將實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)路徑上車輛即將行駛的第i段路的長度si和通過時(shí)間ti，據(jù)此可得到車輛將在第i個(gè)路段的平均車速為[14]

未來路段坡度的預(yù)測(cè)參考CHEWPUTTANAGUL等[15]提出的道路坡度預(yù)測(cè)方法，通過前方路段上各采樣點(diǎn)的路面標(biāo)高h(yuǎn)i、各采樣點(diǎn)的間距di等信息預(yù)測(cè)前方路段的道路坡度信息。文中設(shè)定第i路段的第一個(gè)采樣點(diǎn)為計(jì)算該路段的坡度參考位置點(diǎn)，得到第i路段的第k個(gè)采樣點(diǎn)坡度為

2 動(dòng)力電池未來溫升模型

2.1 動(dòng)力電池包結(jié)構(gòu)

由于并行通風(fēng)的電池包結(jié)構(gòu)有較好的散熱效果且能保證更好的溫度均衡性[16]，所以本文也采用此電池包結(jié)構(gòu)，基于實(shí)際的單體電池結(jié)構(gòu)對(duì)電池組及電池包進(jìn)行建模，如圖1所示。電池包由10×10個(gè)電池單體組成。

圖1 電池包結(jié)構(gòu)Fig.1 The battery pack structure

2.2 未來路段充放電電流

由汽車動(dòng)力學(xué)方程得到汽車瞬時(shí)功率[17]

其中，Pv為汽車瞬時(shí)能耗（W）；m為汽車質(zhì)量（kg）；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；θ為道路坡度角；CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積（m2）；v為瞬時(shí)車速（km?h-1）；δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；ηT為機(jī)械傳動(dòng)效率。

考慮到汽車正常行駛坡度不大cosθ≈1，sinθ≈i，得

由車載導(dǎo)航系統(tǒng)獲得未來路段的平均車速、坡度信息，可以估算出汽車未來路段的功率消耗，從而預(yù)測(cè)出電池的未來功率需求及未來電流曲線。

電池瞬時(shí)功率為

其中，Pb為電池瞬時(shí)功率（W）；ηb為電池效率；ηm為電機(jī)效率。

電池瞬時(shí)電流為

其中，E為電池端電壓（V）；I為電流（A）；r為電池內(nèi)阻（Ω）。

2.3 動(dòng)力電池未來溫升

電池的生熱率采用的是基于電池內(nèi)部物質(zhì)發(fā)熱均勻的Bernardi計(jì)算式[18]

式中，q為電池的生熱率（W?m-3）；I為電池中的電流（A），放電電流為正，充電電流為負(fù)；V為電池的體積（m3）；dUOC?dT-1為電池的電壓隨溫度變化的溫度系數(shù)，一般取-0.5mV?K-1；r為電池芯的電阻（Ω）；T為電池的溫度（K）。

電池的溫升ΔT為[19]

其中，c為電池的比熱容（J?kg-1?K-1）；mb為單體電池的質(zhì)量(kg)。

當(dāng)有強(qiáng)制風(fēng)開啟時(shí)，電池的溫降為

其中

在式（9）中，h為強(qiáng)制風(fēng)冷的對(duì)流換熱系數(shù)[W? (m-2?K-1)]；Ab為風(fēng)冷散熱的對(duì)流換熱面積（m2）；T(i)為第i時(shí)刻的電池溫度（K）；Tenvir為外界環(huán)境溫度（K）。

在式（10）中，v為強(qiáng)制風(fēng)的風(fēng)速（m?s-1），dh為強(qiáng)制風(fēng)入口的當(dāng)量直徑（m），該值與風(fēng)道結(jié)構(gòu)有關(guān)[20]；ν為35℃下的空氣的黏度，取17.1×10-6m2?s-1；Pr為普朗特?cái)?shù)，35℃下取0.7；λ為空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，取0.028W?m-1?K-1；L為幾何特征尺寸，文中是電池的高度。由于電池包、風(fēng)道的結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，因此對(duì)流換熱系數(shù)僅與強(qiáng)制風(fēng)的風(fēng)速有關(guān)，故

綜合式（8）、（9）、（11）得動(dòng)力電池未來溫升模型為

3 基于最小能耗的風(fēng)冷控制策略與控制算法

3.1 控制策略與邏輯

基于最小能耗的動(dòng)力電池風(fēng)冷控制策略是通過車載導(dǎo)航系統(tǒng)獲得車輛未來路段的路況信息，預(yù)測(cè)電池未來溫升情況，判斷是否需要開啟風(fēng)機(jī)以及求解風(fēng)機(jī)的最優(yōu)風(fēng)速及風(fēng)機(jī)開啟時(shí)間，實(shí)現(xiàn)在電池及時(shí)有效地散熱的同時(shí)，風(fēng)機(jī)能耗最小。其控制邏輯見圖2。

圖2 基于最小能耗的風(fēng)機(jī)控制邏輯Fig.2 Fan control logic based on minimum energy consumption

汽車進(jìn)入每一路段之初，控制系統(tǒng)根據(jù)車載導(dǎo)航系統(tǒng)提供的未來路段路況信息預(yù)測(cè)該路段無風(fēng)狀態(tài)下的電池未來溫升，當(dāng)預(yù)測(cè)的電池最高溫度超過40℃時(shí)，則在該路段需要開啟風(fēng)機(jī)；否則風(fēng)機(jī)無須開啟。

3.2 控制算法

當(dāng)控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)到車輛即將進(jìn)入的路段需要開啟風(fēng)機(jī)后，為使風(fēng)機(jī)的能耗最小，文中選用求解最優(yōu)問題常見的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法[21]求解風(fēng)機(jī)的最佳開啟時(shí)機(jī)與最優(yōu)風(fēng)速?？紤]到目前的車載導(dǎo)航系統(tǒng)難以獲得全局的實(shí)時(shí)路況信息，且電池未來溫度預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的差值會(huì)隨著時(shí)間的累積加大，因此文中提出分段式動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法：依據(jù)車載導(dǎo)航系統(tǒng)提供的路段信息將汽車行程劃分，根據(jù)各路段的路況信息預(yù)測(cè)出未來溫升后，對(duì)需要散熱的路段進(jìn)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃處理，求取各路段的最佳工作風(fēng)速序列。當(dāng)求取的最優(yōu)風(fēng)速序列中首次出現(xiàn)風(fēng)速非零時(shí)，該時(shí)刻即為風(fēng)機(jī)最佳開啟時(shí)機(jī)，對(duì)應(yīng)的風(fēng)速即為最佳風(fēng)速。為減小預(yù)測(cè)溫度與實(shí)際溫度的誤差累計(jì)，文中以上一路段結(jié)束時(shí)的電池的實(shí)時(shí)溫度作為下一路段電池的初始預(yù)測(cè)溫度。這里選取電池的溫度T作為狀態(tài)變量，則第i階段的狀態(tài)變量取值有

其中Ti,j(j=0,1,2,...,M-1)為第i階段的第j個(gè)允許狀態(tài)，其上下限的確定與風(fēng)機(jī)的風(fēng)速有關(guān)。允許的溫度上限為無風(fēng)狀態(tài)下的電池溫度，允許的溫度下界為風(fēng)機(jī)以最大風(fēng)速工作的電池溫度。M為第i時(shí)刻的溫度可能取值個(gè)數(shù)。

控制變量為強(qiáng)制風(fēng)的風(fēng)速v。選用兩檔風(fēng)機(jī)，可提供的風(fēng)速為3m/s或6m/s，對(duì)應(yīng)的功率為50W和90W。這里之所以選用兩檔式定風(fēng)速的風(fēng)機(jī)，是因?yàn)槿舨捎脽o級(jí)調(diào)速風(fēng)機(jī)，可調(diào)節(jié)的風(fēng)速變化范圍大，各階段的溫度可能取值太多，計(jì)算量過大，影響計(jì)算機(jī)的求解速度。

狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為

目標(biāo)函數(shù)為最小的風(fēng)機(jī)能耗

其中，tN為通過當(dāng)前路段所需時(shí)間；P(i)為第i階段的風(fēng)機(jī)功率；為盡量減少風(fēng)機(jī)的啟停次數(shù)，文中設(shè)置了懲罰函數(shù)，λ為懲罰因子，文中設(shè)置為1.1；t(i)表示第i階段下風(fēng)機(jī)的啟停狀態(tài)，風(fēng)機(jī)開啟，t(i)為1，否則為0，風(fēng)機(jī)每次開啟和關(guān)閉只計(jì)一次。

約束為

其中，T(i)為每一路段開始時(shí)的電池溫度（K）；目標(biāo)函數(shù)為風(fēng)機(jī)的能耗（kJ）。

4 基于最小能耗的風(fēng)機(jī)最佳開啟時(shí)機(jī)與風(fēng)速的實(shí)例分析

實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的最小能耗，關(guān)鍵是確定風(fēng)機(jī)的最佳開啟時(shí)間與最佳風(fēng)速，為此本節(jié)根據(jù)分段式動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法通過實(shí)例分析風(fēng)機(jī)的最佳開啟時(shí)間與最佳風(fēng)速的確定過程。

4.1 車輛模型與測(cè)試工況

車輛模型采用ADVISOR2002純電動(dòng)汽車仿真模型，相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 純電動(dòng)汽車相關(guān)參數(shù)Table1 Relevant parameters of pure electric vehicles

測(cè)試工況是組合了ADVISOR2002提供的三組循環(huán)工況（ARB02、HWFET、UDDSHDV）的新工況，并在此基礎(chǔ)上按照公路線路設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D20—2006）添加了虛擬的道路坡度[22]，如圖3(a)所示。設(shè)置測(cè)試工況的初始海拔高度為1500米，下文稱之為實(shí)時(shí)工況；由車載導(dǎo)航系統(tǒng)預(yù)報(bào)的該循環(huán)工況各路段的平均車速與坡度信息如圖3(b)所示，下文稱之為預(yù)報(bào)工況。

設(shè)定外界環(huán)境溫度為35℃（308.15K），電池初始溫度為38℃（311.15K），電池初始SOC=0.9。根據(jù)預(yù)報(bào)工況得到的預(yù)測(cè)電流見圖4(a)；動(dòng)力電池在無風(fēng)狀態(tài)下的預(yù)測(cè)溫升見圖4(b)。

圖4(b)為電池在無風(fēng)狀態(tài)下的預(yù)測(cè)溫升。在第1100s左右電池的未來溫度會(huì)超過40℃。

4.2 基于最小能耗的風(fēng)冷控制過程

當(dāng)汽車行駛到第900～1250s的路段時(shí)，由圖4(b)可知?jiǎng)恿﹄姵氐墓ぷ鳒囟葘⒊^40℃，該路段的工況信息如圖5所示。

由圖5(c)可知，在第1104s左右電池的溫度達(dá)到了40℃，之后將超過動(dòng)力電池的許可工作溫度，需對(duì)其進(jìn)行散熱處理。根據(jù)分段式動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法，以風(fēng)機(jī)的能耗最小為目標(biāo)函數(shù)，得到該路段下的風(fēng)機(jī)最佳風(fēng)速序列，如圖6所示。

由圖6(a)可知，第1091s開啟為風(fēng)機(jī)最優(yōu)開啟時(shí)間，6m/s為最優(yōu)風(fēng)速，風(fēng)機(jī)連續(xù)開啟90s，動(dòng)力電池的最高溫度39.97℃，由式（14）得出風(fēng)機(jī)的最小能耗為9.2kJ。預(yù)報(bào)工況的其他路段最優(yōu)風(fēng)速求取過程與該路段相同。根據(jù)基于最小能耗的風(fēng)機(jī)控制策略，整個(gè)預(yù)報(bào)工況的風(fēng)機(jī)最優(yōu)風(fēng)速隨時(shí)間變化情況及相應(yīng)的電池溫升情況如圖7所示。

圖3 測(cè)試工況Fig.3 Testing conditions

由圖7(a)可知，在基于最小能耗的風(fēng)冷控制策略下，風(fēng)機(jī)共開啟6次，由于路況不同導(dǎo)致各路段的風(fēng)機(jī)的開啟時(shí)間與風(fēng)速各不相同。圖7(b)為最優(yōu)風(fēng)速下的動(dòng)力電池的溫升情況，汽車動(dòng)力電池的溫度始終在40℃以內(nèi)，可以滿足電池包的散熱需求。

圖4 預(yù)報(bào)工況的預(yù)測(cè)充放電電流及無風(fēng)狀態(tài)預(yù)測(cè)溫升Fig.4 Prediction of charge and discharge currents and windless temperature rise under predicted conditions

圖5 當(dāng)前路段工況信息Fig.5 Working condition information of current section

圖6 當(dāng)前路段分段式動(dòng)態(tài)規(guī)劃的最優(yōu)風(fēng)速與電池溫度Fig.6 Optimal wind speed and battery temperature for piecewise dynamic programming of current section

圖7 基于最小能耗的預(yù)報(bào)工況的散熱效果Fig.7 Heat dissipation effect of predicted test conditions based on minimum energy consumption

5 溫升模型精度檢驗(yàn)與散熱效果仿真驗(yàn)證

5.1 動(dòng)力電池未來溫升模型的精度檢驗(yàn)

為驗(yàn)證動(dòng)力電池未來溫升模型的可行性，需要對(duì)動(dòng)力電池未來溫升模型的精度進(jìn)行檢驗(yàn)。由于試驗(yàn)條件受限，難以獲得整車實(shí)際測(cè)試工況下的動(dòng)力電池包的實(shí)時(shí)溫升，現(xiàn)采用動(dòng)力電池組硬件在環(huán)的仿真試驗(yàn)法進(jìn)行檢驗(yàn)。

5.1.1 試驗(yàn)儀器與檢驗(yàn)方法

上海博翎儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的恒溫箱，型號(hào)為BLH-300；湖北藍(lán)博新能源設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)的電池測(cè)試系統(tǒng)，型號(hào)為BT-2013D；杭州美盛紅外光電技術(shù)有限公司生產(chǎn)的紅外線測(cè)溫儀，型號(hào)為C300；動(dòng)力電池組為洛陽中航鋰電的磷酸鐵鋰電池組；性能參數(shù)見表2，模擬測(cè)試系統(tǒng)見圖8。

文中的實(shí)際工況見圖3(a)；由車載導(dǎo)航系統(tǒng)的預(yù)報(bào)工況見圖3(b)。由實(shí)際工況得到的車輛模型動(dòng)力電池組的實(shí)際電流見圖9；預(yù)報(bào)工況下電池組的預(yù)測(cè)電流見圖4(a)。

表2 電池及其他部分材料的熱物性參數(shù)Table2 Thermal properties of batteries and other materials

圖8 動(dòng)力電池未來溫升模型的精度檢驗(yàn)試驗(yàn)臺(tái)Fig.8 Accuracy testing platform for future temperature rise model of power battery

圖9 實(shí)際工況實(shí)際電流Fig.9 Actual current under actual working conditions

分別將這兩種電流信息作為指令信號(hào)輸入到動(dòng)力電池充放電測(cè)試系統(tǒng)中模擬動(dòng)力電池組的充放電，測(cè)試開始時(shí)將恒溫箱的環(huán)境溫度設(shè)置為35℃。模擬試驗(yàn)時(shí)，每隔2min用紅外測(cè)溫儀記錄一次電池組的溫度。

5.1.2 試驗(yàn)結(jié)果

圖10為實(shí)際工況與預(yù)報(bào)工況的動(dòng)力電池組試驗(yàn)溫度對(duì)比圖，實(shí)際工況的試驗(yàn)溫升為5.0℃，預(yù)報(bào)工況的試驗(yàn)溫升為5.1℃，預(yù)測(cè)工況的試驗(yàn)溫度在大多情況下均高于實(shí)際工況的試驗(yàn)溫度，因此只要滿足預(yù)報(bào)路況的散熱需求即可滿足實(shí)際路況的散熱需求，有利于解決電池散熱系統(tǒng)的滯后問題。此外，在1560s左右實(shí)際工況的動(dòng)力電池組試驗(yàn)溫度為40.6℃，預(yù)報(bào)工況的溫度為40.9℃，二者的差值達(dá)到了最大值0.3℃，最大偏差率為0.7%。動(dòng)力電池未來溫升模型的精度較高。因此基于車載導(dǎo)航系統(tǒng)預(yù)測(cè)動(dòng)力電池未來溫升這一方案是可行的。

5.2 與目前常用策略的對(duì)比

為考察本文所提策略的散熱效果和節(jié)能性，以流體力學(xué)仿真軟件Fluent15.0為分析平臺(tái)，對(duì)比分析本文策略、風(fēng)機(jī)全程開啟型和溫度開關(guān)型策略的散熱能力與節(jié)能效果。仿真分析中，三種策略除了風(fēng)機(jī)的風(fēng)速與開啟時(shí)間不同外，其他各項(xiàng)設(shè)置均相同。此外，在風(fēng)機(jī)全程開啟型策略中，為在滿足散熱需求的前提下盡可能降低風(fēng)機(jī)能耗，風(fēng)速恒定為2m/s，此風(fēng)速下風(fēng)機(jī)功率為35W。在溫度開關(guān)型控制策略中，為防止出現(xiàn)因電池散熱滯后而出現(xiàn)溫度高于許可溫度的現(xiàn)象，風(fēng)機(jī)開啟溫度為39.9℃，風(fēng)機(jī)關(guān)閉溫度為38℃。風(fēng)速為4m/s，此風(fēng)速下的風(fēng)機(jī)功率為75W。風(fēng)機(jī)能耗根據(jù)公式（11）計(jì)算。仿真效果如圖11所示。

圖10 實(shí)際工況與預(yù)報(bào)工況的試驗(yàn)溫升對(duì)比Fig.10 Comparison of temperature rise between actual and predicted working conditions

圖11 基于Fluent仿真平臺(tái)的三組控制策略溫升效果Fig.11 Temperature rise effect of three control strategies based on Fluent simulation platform

表3 三種控制策略的散熱效果與風(fēng)機(jī)能耗對(duì)比Table3 Comparison of heat dissipation effect and fan energy consumption of three control strategies

從圖11(a)可以看出，三種控制策略均可將電池包的溫度控制在40℃以內(nèi)。對(duì)于風(fēng)機(jī)全程開啟型策略來說，電池前期溫度較低，但隨著車速的增加，2m/s的風(fēng)速只能減緩電池溫升的速度，難以阻止其溫升的趨勢(shì)。對(duì)于溫度開關(guān)型策略來說，在1137s時(shí)，電池溫度隨著風(fēng)機(jī)的開啟而驟然下降，這是由于在仿真環(huán)境下計(jì)算迭代是以1s為單位的，在實(shí)際情況下不會(huì)出現(xiàn)這樣的情況。在測(cè)試工況后期由于車速的減小，4m/s的車速足夠給動(dòng)力電池散熱，因此會(huì)出現(xiàn)溫度降低的現(xiàn)象。

三種控制策略的風(fēng)機(jī)能耗情況如表3所示。

由表3可知，風(fēng)機(jī)全程開啟型策略的電池單元之間溫差最大，風(fēng)機(jī)能耗較高；溫度開關(guān)型控制策略的電池最高溫度最高，且風(fēng)機(jī)能耗最大。文中所提控制策略不但電池單體之間溫差最小，而且風(fēng)機(jī)能耗只有風(fēng)機(jī)全程開啟型控制策略的77.2%，溫度開關(guān)型控制策略的53.7%。

6 結(jié) 論

文中根據(jù)車載導(dǎo)航系統(tǒng)預(yù)報(bào)的未來工況信息，建立了動(dòng)力電池未來溫升模型，提出了一種基于最小能耗的動(dòng)力電池風(fēng)冷控制策略。

（1）在動(dòng)力電池未來溫升模型的精度檢驗(yàn)中，預(yù)測(cè)工況的試驗(yàn)溫度在大多情況下均高于實(shí)際工況的試驗(yàn)溫度，因此只要滿足預(yù)報(bào)路況的散熱需求即可滿足實(shí)際路況的散熱需求。實(shí)際工況的動(dòng)力電池組試驗(yàn)溫度與預(yù)報(bào)工況的試驗(yàn)溫度的最大差值為0.3℃，最大偏差率為0.7%，二者誤差很小，證明了動(dòng)力電池未來溫升模型的精度較高。

（2）與其他兩組典型的風(fēng)冷控制策略相比，基于最小能耗的動(dòng)力電池風(fēng)冷控制策略可以將電池溫度控制在40℃以內(nèi)，且電池單體間的溫差最??；其能耗是風(fēng)機(jī)全程開啟型控制策略風(fēng)機(jī)能耗的77.2%，是溫度開關(guān)控制策略的風(fēng)機(jī)能耗的53.7%，可以在滿足動(dòng)力電池包散熱需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的能耗最少。