如何進行動力電池熱管理仿真和設計
一、 電池熱管理簡介
電池熱管理系統(BTMS)，是用來確保電池系統工作在適宜溫度范圍內的一套管理系統，主要由電池箱、傳熱介質、監測設備等部件構成。
溫度對動力電池整體有非常顯著的影響，一般要綜合考慮溫度對電池性能、壽命和安全的影響，電池熱管理系統需要維持電池處于最優工作范圍，獲得性能和壽命的最佳平衡。
電池熱管理系統有如下幾項主要功能
(1)電池溫度的準確測量和監控
(2)電池組溫度過高時的有效散熱和冷卻；
(3)低溫條件下的快速加熱，使電池組能夠正常工作；
(4)有害氣體產生時的有效通風；
5)保證電池組溫度場的均勻分布
電動電池作為電動汽車的唯一動力來源，是影響電動汽車性能的重要指標，電池必須滿足性能要求才可以保證正常的行駛。
二、 電池熱管理工程師的工作內容
1。協同進行電芯或模組的選型、熱管理性能評估及設計目標確認
l 評估電芯模組的高低溫性能_容量衰減、能量衰減、循環壽命、發熱特性等；
l 明確電池熱管理系統的設計目標_最高溫度、最低溫度、電芯溫差、電池保溫性能、升溫速率等；
2。電池熱管理系統設計一水冷電池包為例
l 電池冷板設計一流道設計、流程設計、內部結構設計等；
l 保溫(外部保溫)，導熱(導熱墊)和其他散熱結構設計；
3電池熱管理系統控制策略設計溫度計算、熱行為識別算法、
l 電池冷板水溫流量需求、充放電倍率邊界等；
4、試驗策劃實施—電芯臺架試驗、整包臺架試驗、整車標定試驗
三、 電池熱管理工程師需要掌握的技能
技能工具的使用：
1、3D建模工具— catia，UG， Solidworks
2、CFD仿真工具—star-ccm+、 fluent、ansa、 hypermesh
3、1D仿真工具— Flowmaster、KULI、GT- SUITE
4、報文采集及曲線分析 canalyzer， contest
5、開發標定工具—C語言， Matlab，INCA等
四、 電池熱管理工程師的職業發展前景
普通工程師
1． 工作1~3年，參與1~2款電池包熱管設計
2． 熟練掌握相關設計工具、仿真軟件和試驗方法；熟悉電池性能和成組要求
資深工程師
1． 工作3~5年，主持5款以上電池包熱管設計
2． 能獨立負責供應商管理交流、負責SOR發放、制定相關試驗標準；對行業新的技術發展方向有一定了解
專家工程師
1． 工作5~10年，參與3款以上電池包熱管設計
2． 可以獨立負責方案制定、性能定義，解決復雜技術問題；對行業型的技術發展方向有深入了解。
五、 動力電池熱管理仿真和設計
如上，你是屬于那類熱管理工程師呢？熱管理工程師的基本工作基本分為兩大塊，一塊是熱管理仿真工作，另外是熱管理設計工作。
熱管理仿真工作，常用star-ccm+、 fluent作為仿真的工具，但是在利用仿真軟件在劃分網格時，效率比較低。如利用star-ccm+劃分網格時容易出現穿刺面，處理比較麻煩，這時可以利用ANSA或者hypermesh進行網格前處理。在模型的簡化時可以利用ANSYS-SCDM對三維模型進行簡化再進行網格前處理。如下是網格和仿真溫度云圖。
下面簡單講解一下仿真流程：電池熱管理CFD分析，采用流-固耦合分析方法。
1. 幾何模型簡化
幾何模型簡化是否合理直接影響到計算量大小以及模型計算精度，具體模型簡化復雜程度，需根據分析目的、 熱管理方案、計算資源、任務周期等綜合考慮。
一般簡化規則為： 根據分析目的，盡可能保留對傳熱影響較大的零部件和特征，忽略對傳熱影響較小的零部件和特征。 總結以下幾點供參考:
l 對自然冷卻電池電池包，需考慮空氣傳熱影響，保留箱體、電池模組結構等；
l 去掉螺栓、連接件、線束等對傳熱影響較小的零部件；
l 對圓角、螺栓孔等細節特征進行簡化處理；
l 對于完全對稱模型可考慮對稱建模；
l 去掉固定連接組件、底部泡棉支撐等對傳熱影響較小部件，
l 去掉水冷板內部對體網格質量影響較大的尖角、圓弧面等細節特征。
2. 網格模型建模
Hypermesh或者ANSA中對模型劃分面網格，網格需盡可能保持簡化模型的所有特征
合理選擇網格劃分方法，如有圓弧面的特征可通過surface deviation控制保持圓弧面曲率； 合理設置網格尺寸大小，保持網格質量同時盡量減小網格數量； 面網格生成完成后檢查網格質量，重點檢查最小網格尺寸，避免有<0.2mm等非正常網格特征；
面網格重構：合理設置網格尺寸，可局部控制部分細節特征，保證重新生成面網格質量合格，網格數合理； 生成體網格：設置流體邊界層，可選擇切割體網格或多面體網格兩種網格生成方式； 一般幾何規則模型可考慮選擇切割體網格，幾何復雜，曲面較多的模型選擇多面體網格；
3. 熱模型建立
流場分析：在電池冷卻系統設計過程中，對冷卻系統進行流場分析，得到在不同流量下冷卻系統的流阻特性、流量分配 等信息，用以初步評估冷卻系統冷卻均勻性，并為水泵選型和匹配作參考。
放電工況分析：放電工況目前只含高溫高速工況一項，即對電池在高溫狀態下工作進行仿真模擬，評估冷卻系統性能，以及 電池最高溫、溫差等指標。
充電工況分析：充電工況包括高溫快充、常溫快充、低溫快充、低溫慢充等，主要用于評估在不同溫環境條件下，電池的充 電特性以及溫度、溫差等熱管理指標。
熱管理設計工作，主要對熱管理設計過程中的主要的熱管理零部件熟悉，難點就是怎么利用這些熱管理零部件去實現電芯在適宜溫度區間工作。如下圖是某款乘用車pack簡化后的爆炸圖。熱管理系統采用4條并聯型材+FSW工藝鋁板，內部流道沖壓成型，結合導熱墊、隔熱墊、尼龍管加快捷插頭的形式，搭建了整個熱管理系統的基本結構。
六、 快速成為合格工程師通道
那么作為一個剛剛畢業進入到新能源工作的同事，或者說在校生有從事新能源熱管理工作的同學，如何在最短的時間內能達到一名普通的工程師呢？新能源動力電池熱管理仿真和設計涉及面廣、難度大，僅理論基礎就涉及傳熱學，熱力學，流體力學，機械設計，電化學，電池基礎知識等。對一個新手來說，很難在短時間內，涉及到多個領域去學習。如果靠自己摸索，從新手到能獨立建立動力電池熱仿真模型或者設計熱管理系統，將會是一個漫長的過程。
本人在技術鄰平臺基本搭建了一個熱管理仿真和設計學習的課程。仿真學習基于軟件ANSYS-SCDM+ STAR-CCM+/Fluent模式去學習，那么對于基礎軟件不會的同學，軟件的基礎教學視頻直接贈送。
本套課程，是目前市場上唯一一套從PACK模型的簡化原則到熱模型建立和后處理評價標準的系統講解，同時也熱管理設計的課程基于最基礎的熱設計知識，系統的講解了電池熱管理系統在設計時基本流程和設計方法，整個過程不僅僅是軟件的學習，也是對動力電池熱管理設計學習，短時間內讓你對熱管理仿真和設計分析知其然知其所以然，讓你擁有獨立建立電池PACK熱管理仿真分析和熱管理設計能力。
本人對新能源汽車有免費資料分析公眾號：新能源汽車熱管理仿真技術，關注回復“1”，可領取更多熱管理方面資料。
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