眾所周知，新能源動力電池熱流體仿真分析，因其復(fù)雜性和廣泛性，想要從入門到精通，需要學(xué)習(xí)到每個板塊的內(nèi)容，如果想要在短時間內(nèi)完成，那更將是一項艱巨任務(wù)！因此對于新手來說，如果想要靠自學(xué)摸索，從新手到獨立構(gòu)建熱仿真模型之路就變得尤為漫長！

因此本套《starccm+新能源動力電池熱管理仿真入門到進階》課程專為想快速入門并找到心儀熱仿真工作的人群研發(fā)，也是目前市場上唯一一套從PACK模型簡化，到熱模型構(gòu)建，再至后處理評價全程詳盡的系統(tǒng)講解。

這段學(xué)習(xí)之旅遠不止于對SCDM/Star-CCM+軟件操作的掌握，它更是一次深入新能源動力電池熱管理仿真與設(shè)計的全面探索。通過本次系統(tǒng)學(xué)習(xí)，您將迅速具備獨立構(gòu)建電池PACK模型及熱流體仿真分析的能力，實現(xiàn)職業(yè)生涯的飛躍！

新能源動力電池熱管理仿真如何快速入門

今日好課推薦：

《Starccm+動力電池熱管理CFD仿真入門到進階25講》

課程適合人群：

1.新能源行業(yè)應(yīng)屆畢業(yè)生

2.熱管理領(lǐng)域人士（1-2年經(jīng)驗）

3.跨行業(yè)轉(zhuǎn)行人員

課程學(xué)習(xí)建議：

對于剛畢業(yè)初入職場或渴望提高熱管理能力迅速成長的同學(xué)，推薦從入門課程開始，重點學(xué)習(xí)熱管理設(shè)計與仿真。根據(jù)個人對軟件的熟悉程度，靈活選擇課程，快速構(gòu)建熱管理能力基礎(chǔ)。

有的人會問：“我是熱管理仿真工程師，為什么要去學(xué)習(xí)設(shè)計課程？”，熱管理設(shè)計與仿真緊密相連，想要成為一名合格的熱管理仿真工程師，掌握設(shè)計課程同樣重要，單一技能在職場中的競爭力有限，崗位也只能定格在評估工程師。

??相關(guān)課程跳轉(zhuǎn)：

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一、課程介紹

本課程專注于動力電池液冷熱管理的仿真技術(shù)，結(jié)合市場主流設(shè)計趨勢，系統(tǒng)講解從建模到結(jié)果評估的全過程。關(guān)鍵內(nèi)容包括：

1. 熱管理仿真基礎(chǔ)：介紹電池熱管理仿真的基本概念、重要性及在電池設(shè)計與安全評估中的關(guān)鍵作用。
2. 前處理原則：詳細闡述仿真前處理的核心步驟，包括幾何模型構(gòu)建、材料屬性設(shè)置、邊界條件定義等，確保仿真輸入數(shù)據(jù)的準確性和合理性。
3. 網(wǎng)格劃分策略：講解高效、精確的網(wǎng)格劃分方法，針對電池復(fù)雜結(jié)構(gòu)，展示如何優(yōu)化網(wǎng)格以提高仿真精度和計算效率。
4. 液冷設(shè)計應(yīng)用：以液冷技術(shù)為核心，通過ANSYS-SCDM構(gòu)建電池包PACK模型，STAR-CCM+進行流場與熱場仿真，模擬真實工況下的溫度變化。
5. 電池多工況分析：涵蓋低溫停車加熱、常溫及高溫行車等多種工況，全面分析PACK內(nèi)部電池溫度動態(tài)變化，確保設(shè)計適應(yīng)不同環(huán)境需求。
6. 熱模型建立與驗證：系統(tǒng)講解如何根據(jù)電池特性及工況需求，構(gòu)建合適的熱管理仿真模型，并通過實驗數(shù)據(jù)或理論計算進行模型驗證，確保仿真結(jié)果的可靠性。
7. 結(jié)果評價與優(yōu)化：教授如何解讀仿真結(jié)果，評估電池熱管理系統(tǒng)的性能，并提出改進建議。同時，介紹如何通過迭代優(yōu)化提升熱管理效率，延長電池使用壽命
8. 技術(shù)經(jīng)驗分享：本課程不僅傳授仿真流程與技能，也是在分享新能源汽車動力電池熱管理技術(shù)的實戰(zhàn)經(jīng)驗與設(shè)計思路。

通過本課程，您將可以在短時間內(nèi)全面掌握動力電池液冷熱管理仿真的核心技術(shù)，并能在實際工作中靈活應(yīng)用，為新能源汽車的安全、高效運行貢獻力量。

二、課程評論

level水平線老師課程的專業(yè)度和實操性是有目共睹的，老師的課程在技術(shù)鄰平臺飽受好評，老師研發(fā)的【新能源電池熱管理】系列課程已幫助上千位同學(xué)熟練掌握電池熱管理仿真技能，并成功拿到心儀offer。

三、本課程學(xué)習(xí)要點

1. 軟件應(yīng)用精通：掌握ANSYS-SCDM與STAR-CCM+在動力電芯仿真中的工作流程，包括關(guān)鍵步驟、注意事項及核心技能。
2. 前處理優(yōu)化技巧：精通ANSYS-SCDM前處理操作，尤其是電池熱仿真前處理的簡化原則，提升模型準備效率與質(zhì)量。
3. CFD仿真分析與行業(yè)經(jīng)驗：深入理解Star-CCM+在動力電池CFD仿真中的應(yīng)用流程，結(jié)合行業(yè)仿真經(jīng)驗，提升分析準確性與實用性。
4. 工況標準與熱管理評估：熟悉新能源汽車行業(yè)仿真工況標準（如低溫加熱+高速行駛、常溫/高溫行車），了解電池溫度變化規(guī)律及熱管理技術(shù)設(shè)計評估標準。
5. 模型構(gòu)建能力：獨立建立液冷系統(tǒng)三維簡化模型與熱流體仿真模型，展現(xiàn)高級建模技能。
6. 結(jié)果解讀與策略優(yōu)化：掌握熱流場仿真結(jié)果后處理方法，正確評估動力電池熱管理效能，提出結(jié)構(gòu)與充放電策略的合理改進建議，促進技術(shù)優(yōu)化與升級。

四、課程限時福利活動

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五、課程案例展示（部分）

基于STARCCM+動力電池熱管理的仿真案例分析

本案例采用先進的液冷熱管理方式，前處理模型如圖示，核心包括上下箱體、液冷板、導(dǎo)熱墊、隔熱護板、絕緣板及模組結(jié)構(gòu)。模組共4組，每組集成18個50Ah方形電芯，確保高能量密度。

液冷系統(tǒng)創(chuàng)新采用兩進兩出并聯(lián)設(shè)計，提升冷卻效率與可靠性。箱體則融合集成液冷設(shè)計，利用型材水冷板與框架，經(jīng)FDS與涂膠工藝精密固定密封，既簡化結(jié)構(gòu)又增強密封性。

系統(tǒng)一大亮點在于輕量化設(shè)計，液冷組件與箱體結(jié)構(gòu)巧妙共用，顯著減輕電池系統(tǒng)重量，提升整車性能與續(xù)航。

利用ANSYS-SCDM進行電池包PACK建模前處理，并通過STAR-CCM+進行液冷系統(tǒng)流場與PACK熱場仿真。建模時簡化非關(guān)鍵細節(jié)，確保關(guān)鍵部件如電芯與液冷板精度。在STAR-CCM+中，設(shè)置多工況（低溫加熱、常溫行車、高溫行車）仿真，分析電池溫度分布及液冷系統(tǒng)性能（壓降、流量均勻性）。基于仿真結(jié)果，提出冷板結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議，提升熱管理效率。

圖1 PACK系統(tǒng)簡化數(shù)模

圖2 PACK系統(tǒng)簡化數(shù)模爆炸圖

模型簡化

通過分析數(shù)模結(jié)構(gòu)，評估各部件對熱系統(tǒng)影響，決定保留、簡化或舍棄部件。

本著模型簡化原則，在保證仿真精度的前提下，通過簡化減少網(wǎng)格數(shù)量并提升質(zhì)量，提高計算效率。

如圖3為簡化前，圖4為簡化后模型，展示了優(yōu)化效果。

圖3 簡化前模組    圖4 簡化后模組

流場仿真中，保留管道內(nèi)徑、液冷板流道尺寸及管路細節(jié)（如彎曲、變徑、彎頭），確保水管無扭曲、彎角平滑，接頭裝配良好。外部管路、接頭、冷板可適當簡化以減少網(wǎng)格量。

在熱仿真過程中，為了提高仿真效率同時保持分析的準確性，我們對模型進行了精心的簡化處理。

首先對于模型中的線束、掛耳、螺絲螺套、銅排、BMS管理部件等部件，由于它們對熱管理系統(tǒng)的影響相對較小，因此選擇舍棄，以減少模型的復(fù)雜度。而對于那些對熱管理系統(tǒng)影響較大的零件，我們則可以適當簡化（如倒角結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)對齊等）。

完成簡化后，我們仔細檢查了整個模型，確保沒有干涉和其他潛在問題。若有問題，我們可以使用ANSYS-SCDM軟件對模型進行了修復(fù)；若無問題，我們可以利用SCDM對模型進行了流體域的抽取，為后續(xù)的仿真分析做好了準備。

熱管理設(shè)計

為了確保動力電池在最佳溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，電池包需集成一套高效且科學(xué)的熱管理系統(tǒng)，其核心功能涵蓋以下幾個方面：

1.精準溫控監(jiān)測：實時、準確地測量并監(jiān)控電池組的溫度狀態(tài)，為熱管理策略提供可靠數(shù)據(jù)支持。

2.高效散熱機制：在電池組溫度過高時，迅速啟動散熱與通風系統(tǒng)，有效排出熱量，防止熱失控，保障電池安全。

3.低溫快速預(yù)熱：針對低溫環(huán)境，實施快速加熱策略，使電池組迅速達到適宜的工作溫度，確保車輛正常啟動與行駛。

4.溫度均衡控制：通過優(yōu)化熱管理設(shè)計，確保電池組內(nèi)各單體電池間溫度分布均勻，延長電池使用壽命，提升整體性能。

電池熱管理系統(tǒng)的核心設(shè)計目標是在兼顧空間優(yōu)化、成本控制以及輕量化等關(guān)鍵要素的前提下，實現(xiàn)對電池組溫度的有效調(diào)控。該系統(tǒng)旨在通過精確的加熱與冷卻機制，確保電池系統(tǒng)能夠在一個理想的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，同時最大限度地縮小電池單體之間的溫度差異，以維護電池性能的一致性和延長使用壽命。以下是電池熱管理系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖：

圖5 熱管理系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

仿真分析

在鋰電池Pack設(shè)計中，熱流體仿真分析是關(guān)鍵工具，用于輔助工程師設(shè)計高效的熱管理系統(tǒng)。在熱管理系統(tǒng)設(shè)計階段，通過熱場仿真分析Pack、模組或電池，快速確定合適的冷卻、加熱與保溫策略。進入冷卻子系統(tǒng)設(shè)計階段，進一步結(jié)合熱場與流場仿真，精確調(diào)整冷卻通道設(shè)計、選定冷卻介質(zhì)、設(shè)定入口溫度與流量，并優(yōu)化風扇或泵的參數(shù)，以確保電池組在最佳溫度條件下運行。

利用熱流體仿真工具，Pack熱管理設(shè)計與部分測試工作可高效地在電腦上完成，大幅節(jié)省設(shè)計、制造與測試成本。以下給予案例中的方式，跟大家介紹一下動力電池熱管理仿真分析的基本流程與技巧。

本案例液冷系統(tǒng)設(shè)計旨在確保：電芯在特定工況下最高溫不超50℃，電芯間溫差≤5℃，且系統(tǒng)壓降<10kPa。基于下圖*電芯單體產(chǎn)熱數(shù)據(jù)，需計算在1C滿放條件下，整個電池系統(tǒng)的產(chǎn)熱功率。

使用STAR-CCM+軟件的VOF模型，模擬液冷板內(nèi)從注入冷卻液到完全填充的過程，以清晰展示冷卻液的流動與填充細節(jié)。

設(shè)置進口兩相材料體積分數(shù)為：Cooling Water：Air=1:0

設(shè)置出口兩相材料體積分數(shù)為：Cooling Water：Air=0:1

定義進口質(zhì)量流量值為：(4L/min)

圖6云圖顯示，冷卻液在不到1分鐘內(nèi)填滿液冷板內(nèi)腔，同時流道轉(zhuǎn)彎區(qū)出現(xiàn)漩渦現(xiàn)象，提示流道設(shè)計仍有優(yōu)化空間以減少湍流。

圖6 冷卻液流動云圖（動圖）

圖7 1c放電發(fā)熱功率

圖8展示了STAR-CCM+計算出的液冷系統(tǒng)壓力云圖，壓降為1.8kPa，遠低于設(shè)計限值10kPa。系統(tǒng)采用兩進兩出并聯(lián)結(jié)構(gòu)，確保了流量均勻性，滿足設(shè)計要求。

圖9為隨著時間變化的電池系統(tǒng)的溫度云圖

模擬新能源汽車暴曬后啟動汽車并高速行駛工況，屬新能源電池系統(tǒng)的高溫冷卻挑戰(zhàn)。圖10高溫冷卻的電芯溫度變化曲線顯示，1C滿放工況下，冷卻系統(tǒng)有效控制最高溫至40.6℃，電芯之間最大溫差為1.8℃，達到設(shè)計目標，在曲線后端呈現(xiàn)升溫現(xiàn)象。

如圖7所示，電芯放電末期發(fā)熱顯著，第Ⅱ階段平均發(fā)熱量是第Ⅰ階段的1.8倍，引發(fā)曲線末端溫升現(xiàn)象。

圖9 高溫冷卻電芯溫度變化云圖

圖10 高溫冷卻電芯溫度變化曲線

圖11展示常溫高速行車的電池隨行車時間變化的溫度云圖，模擬20℃環(huán)境下高速駕駛。當監(jiān)測點溫超38℃啟動冷卻，單口流量4L/min，入口溫22℃。

圖14為溫度變化曲線（常溫行車電芯監(jiān)測點的溫度變化曲線），分未開啟冷卻的Ⅰ階段(0-3368s)與開啟后的Ⅱ階段(3369-3600s)。Ⅰ階段溫升，最低38℃溫差3.1℃，合規(guī)（系統(tǒng)設(shè)計目標5℃）；Ⅱ階段初因熱慣性和發(fā)熱激增續(xù)升，后冷卻作用下降溫。全程最高42.7℃，溫差3.2℃，均滿足設(shè)計。

圖11 常溫高速行車電芯溫度變化云圖（動圖）

圖12常溫高速行車電芯溫度變化曲線

圖13為在低溫工況電池系統(tǒng)隨著時間變化的溫度云圖，該工況模擬了新能源汽車在冬季寒冷得季節(jié)放置車庫一夜后，啟動汽車把電池加熱到能工作溫度并進行高速行駛工況。初始環(huán)境溫度為-20℃，當監(jiān)測點最低溫度不小于5℃時關(guān)閉液冷系統(tǒng)，冷卻液單個進口流量4L/min，入口溫度30℃。整個仿真過程包括低溫加熱和1c放電工況，在低溫加熱工況下，電芯監(jiān)測點最高溫度10.9℃，最大溫差6℃，液冷系統(tǒng)加熱速率為1.6℃/min；1c放電工況，檢測點最高溫度30℃，放電末端溫差在3.7℃內(nèi)。溫差整體先增大后減小，加熱拉大電芯溫差，放電過程溫差減小，主要是由于放電過程中每個電芯發(fā)熱量一樣，發(fā)熱較電芯底部加熱熱量更加均勻。

圖13顯示低溫下電池溫度云圖，模擬冬季冷車啟動加熱至工作溫度后高速運行。初溫-20℃，監(jiān)測點溫達5℃關(guān)冷卻，流量4L/min，入口30℃。含低溫加熱與1C放電。加熱時最高溫10.9℃，溫差6℃，加熱率1.6℃/min；放電時最高30℃，末端溫差≤3.7℃。溫差先增后減，加熱拉大溫差，放電均勻發(fā)熱縮小溫差。

圖13低溫加熱電芯溫度變化云圖

圖14 低溫加熱電芯溫度變化曲線

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六、課程圖片展示（部分）

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