蓄电池仿真概述

　　摘要： 根据欧洲车系整车企业产品开发流程， 结合笔者在上海汽车对英系车开发的一些经验， 对车用电池仿真和供电系统设计应用及基本原理进行概述。

　　1 电源模型在设计中的应用

　　电池仿真在产品开发各个进程中都起着重要作用， 尤其在汽车行业的产品设计和试制阶段。设计阶段又可分成系统设计中的系统模型仿真与电源自身个体级数学模型的建立。

　　1.1 系统设计级模型仿真应用

　　在汽车供电系统设计中， 传统的设计方法是，根据Feather （市场配置表） 与目标市场气候条件、发动机转速概率落点等一系列因素进行经验性静态估计， 成车后再进行发电机、起动机、蓄电池的动态电量匹配试验分析（ 例如， 上海GM, 上海VW,东风PSA等中国几乎所有整车企业都采用此流程）。

　　由于近几年汽车供电系统的发展， 传统的开发方式不仅存在错估风险， 而且对工程师的自身经验要求相当的高， 成本也很高（ 特别是电量验证试验中的风洞室等的使用） .随着单车双体式蓄电池的应用，EEM电能管理模块在车中的使用， 42 V启动电源策略及混合动力技术的发展， BY-WIRE系统的出现，更加需要一个能够适应复杂设计要求的开发手段，即前期模型预测和后期跟踪对比及检错。供电系统的仿真模型最为核心的就是蓄电池模型， 蓄电池仿真变量较多， 而且比发电机等其它部件更易受环境影响。图1为汽车供电系统的一个简易模型图（ 系统级模型）。

图1 汽车供电系统简易模型图

　　在欧洲， 许多开发者已开始着手进行系统级仿真的工作， 比如LABCAR （ 整车全仿真试验室） 的建立， SIMUlink模块化发动机模型的建立。此模型输出各种仿真工况下温度和发动机转速等一系列环境参数， 而BCM （ 车身控制器） 等ECU采用半仿真来检测此设计方案。JAGUAR （ 捷豹） 等企业也应用了模型仿真设计方式， 为每一个车系平台都针对车身电子建立一个整车模型系统， 主要进行总线和网络的仿真测试及供电系统的仿真。这些厂商一般使用的是DSPACE发动机模型或TELUS数学模型，而这些模型主要目的大多不是进行供电系统的仿真开发， 而是进行CAN总线的一些开发。在中国， 仅上汽/RICARDO2010在进行这项工作（ 供电模型仿真） .在欧洲， 仅德国某整车企业是真正从蓄电池供电系统仿真的开发流程进行开发的。

　　图2为德国某企业的5系平台的部分供电系统仿真试验结果图。可见仿真的效果很好， 和上汽复测的真实结果吻合得很好。

图2 德国某企业5系平台的部分供电系统仿真试验结果图

　　根据模型的复杂度分别求出电量系统的匹配情况， 可以计算出： 蓄电池、发电机、起动机的容量及选用策略是否合适， 用户电池的更换频率评估，各种不利工况对蓄电池活性物质的影响， 怠速等策略标定是否得当， 发电机失效状态下的供电系统破坏性验证， 静态电流及车辆放置时间测定， 单位电功率与油耗影响关系， 冷起动性能等一系列重要参数。针对以上这些问题， 上汽首先提出供电系统级模型与个体模型的概念， 图3为两者关系图。

图3 供电系统级模型与个体级模型的关系