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課程介紹

   

課程針對工程應用，采用的風冷電池簇，液冷電池簇作為課程仿真演示對象，對風冷單個電池包和液冷單個電池包模型簡化方法、網格劃分、仿真模型建立、工況計算依據、工況評價標準進行詳細的講解，另外一個模塊是儲能熱管理設計和關鍵零部件選項設計。通過課程的學習讓你從一個剛剛畢業的小白，從入門到進階學習到熱管理設計方法和熱管理仿真的方法，讓你全方位熱管理工程師，學習完課程可以達到獨立承擔項目水平。

1.電池熱管理的基本知識:包括鋰電池的工作原理，溫度對電池影響，電池發熱量獲取方式，傳熱的基本方式，為什么需要電池熱管理，熱管理具體開發什么內容等？

2.儲能液冷和風冷熱管理設計方法；熱管理零部件選項設計依據于實際項目。

3.電池包幾何前處理（針對不同的仿真工況，不同冷卻方式電池包的簡化的基本方法和原則，實列演示電池包箱體、液冷系統、風冷系統、模組等件的簡化過程。依據仿真需求對電池結構進行解析，合理的簡化提高仿真效率）

4.電池包網格劃分：主要講解不同網格生成器的作用及應用方法、網格尺寸定義技巧、網格質量評估、網格單元質量的評價、網格有效性的檢查。依據實際案例，講解如何有效的控制網格數量，有效利用不同自定義控制之間的匹配、優先級，實現網格快速生成等。

5.仿真求解：物理模型的簡化及邊界定義，主要講解仿真問題與物理模型之間的轉化、物理模型參數設置（固體參數、氣體參數、冷卻液參數）、求解器設置、參考值及初始值設置等。通過實際問題與物理模型之間的轉化，講解物理模型如何選擇，如何有效降低仿真誤差，降低軟件使用者帶來的誤差以及求解器導致的誤差，提高仿真精度。

熱管理仿真分析：實列演示電池包仿真求解設置流程、仿真結果處理方法，風冷和液冷電池包工況仿真依據和判斷標準，收斂判定標準以及處理發散的主要的方法。

儲能電池熱管理設計,從9個主題32技術點進行講解：熱管理開發流程和目標、熱管理方式和必要性、風冷空調選型、風扇的設計和選型、風道設計、液冷冷水機組選型、液冷板的設計和選型、管路的設計和選型、冷卻系統策略設計。

課程學員評價：

   

1.感謝學員們對LEVEL水平線的支持，大家對課程有什么建議也可以給我留言。感謝大家。

   

   

課程學習重點：

   

1學習軟件SCDM,

2運用學習的scdm技能，簡化電池包

3學習軟件starccm+，建議版本Simcenter STAR-CCM+ 2021.3 (16.06.008-R8)，這點大家可能要付出比較多的精力，本課程的重點主要面對工程，不是軟件教程，所以推薦大家網上找一些starccm軟件學習資料，盡快上手，我這邊也在準備相關starccm資料方便大家學習。

4學習電池的基礎知識，包括電芯的基本參數學習，溫度對電芯影響。

5學習課程基礎知識，傳熱學  和流體力學。不需要深入了解課程。只需要學習基礎的知識即可，兩本課程免費資料也正在準備中。

1 課程資料：20大課程資料包

     

課程目錄：

 

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儲能熱管理形式多樣，風冷系統散熱效率低、溫差控制較差且占地面積大，適用范圍相對有限。隨著儲能項目單體規模與能量密度的不斷提升，風冷系統在散熱效率上的短板將逐漸顯現。液冷系統散熱能力強且全生命周期成本較低，有望成為未來發展趨勢。由于冷卻液的換熱 系數與比熱容更高且不受海拔和氣壓等因素影響， 液冷系統擁有比風冷系統更強的散熱能力， 更加適應儲能項目大規模、高能量密度的發展趨勢。綜上，液冷有望逐步替代風冷成為主流的儲能溫控形式。

         

l電池柜基礎信息

本文研究電池機柜由8個電池PACK串聯組成，電池簇采用液冷方式冷卻，成組方式為1P416S，電池包采用1P52s串并聯，主要包括：上下箱體，液冷板，導熱墊、隔熱護板、絕緣板、模組等結構，由4個模組成，每個模組由13個320Ah方形電芯組成，電芯發熱量充電16.29W，放電14.08W。液冷板采用沖壓加釬焊的加工工藝，流道定義的自由度較高。液冷熱管理系統由液冷板、液冷機組、液冷管路、高低壓線束和冷卻液組成。

l冷卻策略

液冷機組具備制冷、制熱以及除濕功能，液冷機組熱管理系統的策略和工作模式緊密相關。文中，Tmax指電池監測點NTC最高溫度；Tmin指電池監測點NTC最低溫度。

當 Tmax≥32 ℃時，液冷機組進入制冷模式，壓縮機開啟，高溫高壓的制冷劑從壓縮機中排出，進入冷凝器冷凝，放熱降溫后，通過膨脹閥進行節流降壓，然后進入蒸發器，并與冷卻液進行換熱，制冷劑在蒸發器中吸熱蒸發后流回壓縮機吸氣口，完成一個制冷循環。此時，水路中的水泵開啟，PTC加熱器不開啟，冷卻液在板式蒸發器中冷卻后進入電池包液冷板，對電池進行冷卻，將熱量帶出，從而達到冷卻電池的目的.當 Tmax≤27 ℃時，停止制冷模式。

         

l仿真前處理

通過分析數模的結構組成及各部件的作用以評估各部分對熱系統的影響，進而決定對部件的保留、簡化、還是舍棄。模型簡化的原則，在盡可能仿真精度的情況下，通過簡化減少網格的數量同時提高網格質量，提高計算效率。

流場模型前處理：在處理幾何模型時，應保留所有管道的內徑和液冷板內流道尺寸不變，對管路彎曲、管道變徑、局部彎頭等細節特征保留，水管要做到不扭曲，彎角過度平滑，同時保證簡化后接頭裝配良好，對管路、接頭、冷板的外部可進行適度的簡化以減少網格量。       

模組箱體前處理：模型中的線束、掛耳、螺絲螺套、銅排、bms管理部件等對熱管理系統影響較小，可舍棄；對于熱管理系統影響較大的零件幾何特征可以適當簡化，如倒角結構、結構對齊等。簡化完成后，檢查整個模型是否有干涉和其他問題，如有問題，可用ANSYS-SCDM軟件對其進行修復，如無問題，可利用SCDM對模型進行流體域的抽取。

l電池包仿真分析

單個電池包壓力5.18KPA,由于空間限制，直角轉接導致系統主要壓損在進出口地方。流道中間截面的流速1m/s不到，對于冷卻系統來說，流速可以進一步提高，提高換熱能力。

工況：常溫充放電循環，0.5C充電+0.5C放電+靜置20min+0.5C充電+0.5C放電，液冷策略32開，27關，進口目標溫度20℃，流量5L/MIN，

整個充放電過程中，系統最高溫34.4℃，最大溫差3.5℃。NTC在2715s最高溫達到32℃，空調系統開始工作，開啟水泵和制冷，進口目標溫度20℃，流量5L/MIN,充放電過程中，冷卻系統出口溫度大概在22.5℃，進口溫度維持在20℃。

冷卻系統采用兩并然后串聯的設計，由于流道串聯特性決定，進口到出口溫度漸漸升高，A模型的溫度明顯低于B模組，特別在B模組出口附件，溫度最高。導電排的溫度和模組上表面的溫度趨勢接近。

優化思路：單個電池包最大溫差3.5℃，一般我們設計要求在3℃內，如何優化溫差尼？增加高溫區域散熱量，降低低溫區域散熱量。增加散熱能力措施：增加流速，增加面積，降低溫度，降低低溫區域散熱量方法則和上訴相反。

增加流速：優化流道增加高溫區域流量

增加面積：在高溫區域增加流道面積

降低溫度：溫度和前面兩個措施相關，通過改變流速和面積，使得在低溫區域換熱減少，在高溫區域

l管路均勻性分析

   進口流量50L/min，冷卻液采用50%冷卻液，系統壓降19.5Kpa，分別監測8個不同電池包的流量，額定流量為89.5g/s，最大99.3g/s，偏差+11.17%，最小為82.3g/s，偏差-7.81%，整個系統流量最大偏差19%，一般設計要求最大偏差控制在10%以內，流量均勻性優化空間較大。

	流量g/s	偏差%
截面1	99.3	11.17
截面2	94.2	5.50
截面3	90.8	1.73
截面4	87.7	-1.73
截面5	85.8	-3.92
截面6	84.8	-5.02
截面7	84.1	-5.87
截面8	82.3	-7.81

l電池簇仿真分析

液冷集裝箱儲能系統在環境溫度為 25 ℃的情況下進行充電0.5C放電+靜置30min+0.5C+靜置30min循序2次仿真，冷卻系統進口目標溫度20℃，流量40L/MIN，在整個充電過程中，監測各電池包的溫度變化情況，電池監測點最高溫34.5℃，其最大溫升小于 10 ℃，最大溫差4.9℃。

 

通過仿真驗證表明，儲能系統溫度一致性較好，但仍有優化空間，溫升符合要求，液冷集裝箱系統減少了內部風道的設計，采用外維護系統，不用設置內部走廊空間，采用大電池包設計，最大限度地提高了能量密度。