電池包在運作的時候會產生大量的熱，熱會在電池包內積累，隨著車輛的使用，電池包內的部件會老化損傷，安全隱患極高，如何給電池包散熱就顯得非常重要。本文采用積鼎VirtualFlow對電芯、冷板以及冷卻液進行散熱仿真計算，分析鋰電池模組穩態散熱效果，并與Fluent軟件結果進行對比，表明VirtualFlow與Fluent計算結果的溫度偏差控制在3℃以內。

一、計算域與網格

固體計算域包括電芯、母排、正負極、導熱膠以及電池包外殼，流體域為液體冷卻通道。

圖1 流體域示意圖

本算例中，VIrtualFlow采用笛卡爾網格，只需要如下流體域尺寸和設置加密區域，即可自動生成網格。Fluent的網格采用FluentMeshing進行劃分，為多面體網格。

圖2 VIrtualFlow網格設置

圖3 VIrtualFlow網格細節

圖4 Fluent網格

二、計算設置

本算例采用標準的k-epsilon湍流模型，介質水。固體材料的屬性參數如下表。

表1 固體材料屬性

入口速度為0.1m/s，溫度為300K。出口邊界設置為壓力出口。設置三個電芯為發熱功率100000W/m3的熱源。本算例的共軛換熱，采用穩態進行計算。

三、計算結果

VirtualFlow與Fluent計算得到模組溫度云圖如下。為了比較云圖的效果，統一其溫度分布范圍。

(a) VirtualFlow                             (b) Fluent

圖5 模組內部溫度云圖（為了網格的設置，VirtualFlow對進出口管壁進行了加厚）

圖6 模組中截面溫度云圖

從上圖可以看出，由于采用液冷的方式，模組在靠近水冷板處的溫度較低。模組內部各部件的溫差控制在40K以內，此外由于導熱膠的導熱作用較強，其溫度與相鄰的電芯溫度基本一致。

下圖為冷板內部流體域的溫度和速度云圖，從圖中可以看出，水通過冷板與電芯進行了換熱后，從入口流到出口的過程中其溫度呈上升趨勢。

(a) VirtualFlow                             (b) Fluent

圖7 冷板內部流體域溫度云圖

(a) VirtualFlow                             (b) Fluent

圖8 冷卻通道中截面速度云圖

通過上述計算結果可得以下結論：

1、VirtualFlow與Fluent的計算結果基本一致，VirtualFlow計算結果中個別位置的溫度略低于Fluent，其溫度最大偏差在3℃以內。

2、VirtualFlow與Fluent計算的流體速度分布基本一致。

四、總結

運用VirtualFlow可以對電池模組進行散熱計算，其與Fluent軟件的計算結果基本一致。VirtualFlow與Fluent等主流CFD軟件相比，其主要特色在于：

1. 快速生成高質量網格，同時采用IST網格技術，流體域與固體域使用同一套網格，網格劃分更方便，而且可以高精度求解共軛換熱問題。

2. VirtualFlow的前處理對機器的性能要求較低，普通的辦公筆記本或者臺式機即可處理一億以上的網格算例。

3. VirtualFlow的湍流模型、多相流以及相變模型已在上百個場景驗證，其求解精度與Fluent同一級別，其可滿足大部分單相流、多相流場景的仿真需求。

4. 作為具備完全自主知識產權的國產軟件，VirtualFlow可以根據用戶需求進行深度的二次開發。

由積鼎科技自主研發的通用計算流體力學軟件VirtualFlow，具備行業領先的網格建模與求解技術，和豐富的多相流物理模型及先進的相變模型，可模擬單相和多相/多組分物質流動、傳熱、界面追蹤、粒子追蹤、相變、水合物反應等復雜問題，可為工業各行業用戶提供專業級流體仿真解決方案。