前面兩篇文章講解了前處理的要點以及如何將電池包模型網格化，今天的文章主要是來講講如何根據整車工況對電池包三維熱仿真施加邊界條件及初始條件，以及簡單介紹下電池包熱管理算法的選擇。
現如今的新能源車，EV或者是PHEV，大部分將電池包固定在車身底部，與整車的接口主要是高壓線束接口與水冷系統的進出口（若是液冷），另外與包外空氣域直接或間接接觸，并且還會或多或少的受到熱輻射的影響，所以電池的三個主要邊界條件：
（1）進出口水溫與流速；
（2）電池包功率需求；
（3）周圍環境的影響。
圖1：電池包車身位置
液冷電池包的冷源可以說是來自壓縮機，通過Chiller進行冷媒與冷卻液的熱交換，將熱量帶走，一般進口水溫可以低到15℃~25℃，而流速是水泵的作用，一般系統設計目標最高在12L/min~16L/min這個區間。
圖2：典型液冷電池熱管理架構
（2）：功率需求
工程中，衡量一個設計方案的好壞，肯定是在一定的工況下評估的。工況的選取很有講究，選擇過于嚴苛的工況，容易過設計，相反，會達不到整車的性能要求。電池熱管理工況一般選擇快充，急加急減，最高車速或爬坡等一系列極限工況來綜合評估電池包冷卻效果。而工況一般是車速map，工程師需要將車速轉換成電池包功率需求，再計算成電池的發熱量。筆者認為這是仿真計算仿真中的一大難點，因為電池本身的發熱量或者說電池內阻會隨SOC、溫度、電流大小和電池SOH狀態等變化而變化，要在三維仿真中將這些因素一起考慮會帶來很大的計算量,所以一般只能做近似計算。
最近幾年，各大
CFD軟件廠商都推出了相應的電池模塊，如FluentMSMD模塊、Star-ccm+ BDS模塊，常見的模型有電化學模型和等效電路模型等，主要是將SOC，溫度和電流等因素做耦合計算。筆者前幾年曾用熱電模型在Fluent中實踐過一次，這一部分放在下篇文章中分享。
至于環境溫度，既然是考察冷卻系統極限冷卻能力，就會選擇最惡劣的工況，一般定在38~45℃。若考慮冬季加熱工況，起始溫度會在-20~-30℃。
（3）：周圍環境
周圍環境主要是指電池包內外空氣域及周邊件的影響，一般鋰電池都放置在車身底部，若不做特殊的隔絕處理的話，電池包直接與車身底部空氣接觸，該部分的對流換熱系數就跟車速成正比，可以到100W/(m^2·℃)左右，而包內空氣域可以算是一個密閉空氣域，等效來看，換熱系數在20W/(m^2·℃)以下。
還有一個就是熱輻射，主要指車身底部地面對電池的影響，不過它的換熱量級跟空氣對流換熱量級相當，若在三維仿真中耦合流場與熱輻射模型，會使計算復雜化，并且實際中也比較難于驗證，筆者一般將熱輻射等效計算成自然對流系數。
但是，電池包很可能會受到整車熱害的影響，特別是PHEV的前艙和排氣管等高溫熱輻射對電池包本體及附件的影響，這個是需要整車布置去消除的。
所以從系統角度來看，液冷電池包的熱量變化由水冷系統與自然對流共同影響，這兩部分誰強誰弱，都會隨著工況不同而變化，比如快充工況，流體部分換熱可以占到整體換熱的90%以上，而日常的長時間工況，水冷系統不是一直開啟，所以外部空氣的熱交換比例就會明顯上升。
采用三維仿真對液冷系統進行評估，主要研究對象是水冷板的換熱能力與整套系統的流動阻力，所以需要對其他換熱影響因素盡可能的簡化或者等效處理。
圖4：某電池包1C快充自然對流換熱量占比（＜5%）
二. 算法
（1）：穩態
在傳熱學上穩態是指傳熱系統中各點的溫度僅隨位置而變化，不隨時間而改變。但是電池的發熱特性決定了其很難達到傳熱學上的絕對穩態，而一些特定的工況，比如極小倍率放電（1/3C以下）或者定倍率脈沖充放電可以使電池溫度達到相對的穩態（溫度變化在±0.5℃以下）。這樣算法下，可以將電池發熱量設成定值，而介質的物理屬性可以設置成多項式。
一般穩態工況用于標定電池包的熱容熱阻。
（2：）瞬態
與穩態相對的就是非穩態（瞬態），傳熱學上的非穩態是指物體溫度隨時間變化的傳熱過程，電池的加熱冷卻工況就是非周期非穩態的傳熱過程。若三維瞬態工況計算中再考慮溫度對流體粘度，密度，比熱容和導熱系數，這需要將時間子步長拉的很長，會帶來非常大的計算量，是一種不太可取的計算方法。所以比較普遍的是采用“離散”算法，先將流場算穩定，然后關閉流場的動能方程與湍流方程，只加載能量方程，并施加電池發熱量進行瞬態工況計算。
采用這樣的算法是根據三維熱仿真與電池發熱工況的特征來制定的，忽略了溫度對換熱介質屬性的影響，是一種可取的近似算法。
圖6：Star-ccm+穩態變瞬態的設置
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