将冷却板连接到 Battery 模块

Simscape™ Battery™ 包括用于建模电池冷却板以实现热管理的模块和功能。您可以定义电池系统的热边界条件和热接口，并自动生成一个 Simulink^® 库。然后，此 Simulink 库包含与 Simscape Battery 冷却板模块热耦合的电池模型。这些冷却板模块包含热域和热液域连接：

要与包含热模型的电池模块进行连接，请使用热域节点。
要指定冷却液入口和出口属性以及工况，请使用热流体域节点。

冷却板模块在 Simscape Battery 模型中为带内部通道的扁平冷却板，冷却液可在此通道中流动。这些模块支持三种主要流程配置：

Parallel Channels - 建模一个带多个通道和一对进流和出流分配通道的电池冷却板
U-shaped Channels - 建模带扁平通道的电池冷却板。
Edge Cooling - 建模带边缘冷却的电池冷却板。在这种配置中，冷却液在平板的一端流动，电池电芯的所有热量通过冷却板材料内的传导传递出去。

您可以将这些冷却板离散化为元素，以密切捕捉与电池和冷却液流的动态交互所产生的温度分布。冷却板的离散化与电池和电池模型分辨率无关。

该图显示了具有详细模型分辨率的两个棱柱形电芯的模组与 Y 方向上具有两个冷却通道的 2×2 离散化冷却板之间的连接。图中的每个编号元素代表热模型的不同部分：

该软件基于冷却板的 2×2 离散化，使用四个管道元素对冷却通道进行建模。有关详细信息，请参阅离散化冷却板。
冷却板由四个区域组成。建模每个区域的热质量值取决于板属性。然后，每个区域的热质量连接到一个管道元素。
为了考虑板内传导的热交换，相邻的热质量通过导热元素相互连接。有关详细信息，请参阅冷却板内的传热。
每块板的热质量与电池包的热质量相连。在这张图中，只有两个电芯，因此只有两个热质量。每个电芯连接到板上的两个不同区域。有关详细信息，请参阅热节点数组。

离散化冷却板

为了对冷却板中的冷却通道进行建模，Simscape Battery 使用了 Pipe (TL) 元素。Pipe (TL) 元素的数量及其与板的连接取决于离散化。

冷却板模块的 X 方向的分区数和 Y 方向的分区数参数控制冷却板的离散化。此示例显示了使用 Parallel Channels 冷却板模块改变这两个参数的效果。冷却液通道位于 X 方向。

如果将 X 方向的分区数和 Y 方向的分区数参数设置为 1，则冷却板是一个具有单一热质量值的集总质量。该软件根据冷却板模块的板材设置中的参数值计算出热质量。在此示例中，冷却液通道数参数的值等于 2。然后，软件放置两个 Pipe (TL) 元素，并将它们连接到冷却板。在仿真过程中，冷却板在每个时间步都有一个温度值。因此，与此冷却板相连的电池包中的每个电芯都测量相同的板温度值。

要提高模型的保真度，请将 X 方向的分区数的值更改为 2。现在，软件将冷却板沿 X 维划分为两个区域。每个区域都包含独立的热质量。通过此配置，每个 Pipe (TL) 元素连接到板的不同区域。在仿真过程中，冷却板有两个不同的温度值，冷却板的每个区域对应有一个温度值。

要进一步提高模型的保真度，请将 Y 方向的分区数的值更改为 3。软件沿 Y 维度将冷却板离散化为三个区域。现在，冷却板中的区域总数为 6。由于 Y 方向也是冷却液流动的方向，因此软件也会对冷却管进行离散化处理。该配置每个冷却通道不包含一个 Pipe (TL) 元素，而是包含三个管道元素。然后，板的每个区域连接到不同的 Pipe (TL) 元素。在仿真过程中，该冷却板在每个时间步长都有六个不同的温度值。因此，连接到此板的电池包电芯测量的温度值取决于电芯的位置。

冷却板内的传热

冷却板还对板内的热传导进行了建模。这些热传导效应仅在板包含多个区域时才起作用。该图显示了六区域离散化冷却板内部的热传导情况。该软件使用 Conductive Heat Transfer 模块将板的每个区域与其相邻区域连接起来。每个 Conductive Heat Transfer 模块的参数值取决于冷却板的冷却板材料的热导率参数。

热节点数组

要将电池模块连接到冷却板模块，必须使用节点数组。节点数组是一个多维或向量化的热域连接器，可轻松指定两个或多个参数化尺寸组件数组之间的元素连接。有关详细信息，请参阅Arrays of Nodes。节点数组表示多维连接，例如电池电芯与冷却板表面之间的连接。

与标量热域节点一样，热节点数组传递数组中每个元素的向量化热量和温度信息。然而，热节点数组并不包含热交换面积、各区域的位置以及数组的长度等附加信息。您可以通过查询在 Simscape Battery 中创建的电池对象的 ThermalNodes 属性来获取此附加信息。

ModuleAssembly (Generated Block) 和 Pack (Generated Block) 模块使用 Array Connection 模块将热节点数组连接成一个热节点端口数组。

要生成具有向量化热节点的电池模块，必须先指定 ParallelAssembly、Module、ModuleAssembly 或 Pack 对象的 CoolingPlate 属性。然后，您可以将此向量化热节点连接到冷却板模块。

您可以手动或自动将冷却板连接到电池模块。

将 Battery 模块手动连接到冷却板模块

手动将冷却板连接到电池模块：

定义电池对象。将电池对象的 CoolingPlate 属性设置为 "Bottom" 或 "Top"。这确保生成的电池模块包含向量化的热节点。
要以结构的形式显示冷却板耦合所需的热接口特性，请访问电池对象的 ThermalNodes 属性。
使用 buildBattery 函数生成电池对象。
将电池模块和所需的冷却板模块拖放到 Simulink 模型中，并连接两个模块的热域节点。
将所需的 ThermalNodes 信息输入冷却板模块。这些信息包括节点的数量、节点的二维位置以及节点的尺寸。

当您将冷却板的热端口连接到电池模块时，软件会根据 ThermalNodes 属性信息自动调整冷却板的总长度和总宽度，以适应电池模块。

将 Battery 模块自动连接到冷却板模块

此选项仅适用于 ModuleAssembly 和 Pack 对象。要自动将冷却板连接到 ModuleAssembly 或 Pack 模块，在创建电池对象时，在 CoolingPlateBlockPath 属性中，指定要从热库中使用的冷却系统模块的路径。当您构建电池对象时，软件会自动将电池模块链接到您在 CoolingPlate 属性中定义的边界处的指定冷却板模块。

此图显示了将 CoolingPlate 属性设置为 "Bottom" 以及将 CoolingPlateBlockPath 属性设置为 "batt_lib/Thermal/Parallel Channels" 时，包的内部结构：

例如，考虑一个包含六个并联组件、六个电芯并联的模组。您可以通过将 SeriesGrouping 属性设置为 [1,4,1]，使用三个热模型对该模组进行热仿真。在这种情况下，热节点数组的长度等于 3。此图显示了将此电池模组连接到 Simscape Battery 中热库中的一个冷却板时发生的热耦合。图中右侧显示的是等效 Simscape 热网络，它对电池和冷却板之间的连接进行建模。

或者，您可以通过将 SeriesGrouping 属性设置为 [1,1,2,1,1] 来将模型分辨率提高到五个热模型。这里，热节点数组的长度增加到 5。ThermalNodes 属性的大小会随之改变，以反映分辨率的提高。这也会改变电池模块中热节点的面积和位置。此图显示了将此电池模组连接到 Simscape Battery 中热库中的一个冷却板时发生的热耦合。图中右侧显示的是等效 Simscape 热网络，它对电池和冷却板之间的连接进行建模。

有关如何将电池模块自动连接到冷却板模块的详细信息，请参阅使用多模组冷却板构建电池模组组件模型和使用多模组冷却板构建电池包模型示例。