電池?zé)峁芾矸抡娴陌咐?/h1> 電池熱管理仿真流程及前處理技術(shù) 上面兩個(gè)例子有個(gè)共同點(diǎn)是都保留了電芯的極耳和busbar，busbar的溫度在冷卻的時(shí)候能很好的反應(yīng)模組的最高溫度，不論是研究busbar對(duì)模組最高溫度的影響【1】還是后期一維仿真的標(biāo)定，都需要這個(gè)點(diǎn)的溫度，所以busbar在前處理建模的時(shí)候推薦保留。
再來看看流體域部分,液冷電池包主要通過冷卻液進(jìn)行熱交換，所以此處流體域部門是指水冷板內(nèi)的水流道（包內(nèi)空氣處理方法將在以后章節(jié)講解），前處理需要注意的是盡可能保留內(nèi)部流道特征，特別是變徑，彎頭等一些局部阻力較大的區(qū)域，而盡量簡(jiǎn)化管路外部特征，比如快插接頭，溫度傳感器等一些不直接參與換熱的元件，這樣能減少些網(wǎng)格量。
雖然現(xiàn)在EV的電池包電量越來越多，電池包也越做越大，但多數(shù)采用模塊化設(shè)計(jì)，包內(nèi)的熱管理系統(tǒng)也是如此，如下圖冷卻架構(gòu)，8塊水冷板采用4P2S的方式連接在一起，而這8塊水冷板內(nèi)部流道是相同的設(shè)計(jì)，所以前處理相對(duì)來說簡(jiǎn)單。方案設(shè)計(jì)前期更是可以只做流體域CFD仿真計(jì)算單板流量，后期可以以分支為單位優(yōu)化水板流道設(shè)計(jì)，大大提高計(jì)算效率。
總體來說，前處理還是模組的難度大一點(diǎn)，需要保留哪些簡(jiǎn)化哪些部件斟酌的點(diǎn)多一些。但也不是絕對(duì)，關(guān)鍵是看研究問題的關(guān)注點(diǎn)在哪，需要保留哪些和簡(jiǎn)化哪些都可以靈活處理。
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動(dòng)力電池包內(nèi)熱量的累積不僅影響電池的使用效率及使用壽命，同時(shí)易造成動(dòng)力電池系統(tǒng)故障并引發(fā)安全事故［，因此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電池包內(nèi)溫度分布，并對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行分析具有重要意義。動(dòng)力電池包熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常結(jié)合仿真來預(yù)測(cè)電池包的溫度分布、冷卻系統(tǒng)的流量分配和壓力分布等，從而預(yù)測(cè)熱管理系統(tǒng)的性能。仿真一般分為３Ｄ仿真和１Ｄ仿真，３Ｄ仿真可用于電池包液冷板流場(chǎng)和壓力場(chǎng)的仿真，以及模組溫度場(chǎng)的仿真，以獲得流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的細(xì)節(jié)，但３Ｄ仿真軟件計(jì)算瞬態(tài)工況耗時(shí)較長(zhǎng)，不便或無法用于系統(tǒng)級(jí)別仿真以及控制策略仿真；１Ｄ仿真從系統(tǒng)角度出發(fā)，模型從電池包擴(kuò)展至包含整個(gè)冷卻／加熱系統(tǒng)外部環(huán)路等，由于建模中對(duì)各相應(yīng)部件進(jìn)行了簡(jiǎn)化，在對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真的時(shí)候，能大大提高仿真速度，通常用于系統(tǒng)級(jí)別的瞬態(tài)循環(huán)工況仿真和制定電池包熱管理控制策略等。
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3、新能源動(dòng)力電池?zé)峁芾?/em>設(shè)計(jì)入門到進(jìn)階23講 基于STAR-CCM+電池熱管理仿真中交界面interface處理 但是對(duì)于原本已經(jīng)存在的boundary（interface_l-shell），其熱規(guī)范該如何設(shè)置呢？默認(rèn)狀態(tài)下這里是絕熱的。
圖2
個(gè)人認(rèn)為，在沒有特殊要求的話，此處就是保持默認(rèn)設(shè)置即可。之前我覺得此處明明是流固的對(duì)流換熱面，是存在著熱量交換的，怎么絕熱？后來，我思考了之后，真正的換熱面是圖1所示的，是建立在有交界面的時(shí)候的，熱交換的物理過程是發(fā)生在此處，這是個(gè)虛擬面，點(diǎn)擊此處，在視窗區(qū)域也是沒有對(duì)應(yīng)顯示的，也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。
但圖二中面，比如xt外面沒有設(shè)置空氣，那么xt外面對(duì)于環(huán)境就沒有交界面，但xt和外界有對(duì)流和輻射換熱，如果不想建立外面的空氣域，可以域的里面改變交接的外界的傳熱方式，方便計(jì)算，如圖4.
圖3
圖4
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圖15：各類仿真工具耦合示例
今天就交流這么多，講個(gè)大概的思路，供大家參考。不過總體來講，做仿真是解決工程問題比較好的工具，但軟件是死的，選擇怎樣的工具，采用什么方法，設(shè)置什么樣的參數(shù)，還是在于工程師，最后上個(gè)最近比較喜歡的圖。
圖16：軟件與工程師
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新能源動(dòng)力電池熱管理方案設(shè)計(jì) 根據(jù)仿真數(shù)據(jù)快速地選擇出冷卻、加熱和保溫方式；在冷卻子系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，可以對(duì)Pack、模組或電池（帶冷卻子系統(tǒng)）進(jìn)行熱場(chǎng)和流場(chǎng)仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果確定冷卻通道設(shè)計(jì)、冷卻介質(zhì)、冷卻入口溫度和流量以及風(fēng)扇或泵的參數(shù)等。動(dòng)力電池?zé)峁芾矸抡?/em>過程中前處理技術(shù)幾何清理、網(wǎng)格劃分、仿真邊界和熱管理策略輸入、電池模塊是仿真的難點(diǎn)，特別對(duì)于電池模塊的電化學(xué)仿真，關(guān)于仿真這一塊，本篇就不再詳述，本人以前寫的文章有詳細(xì)描述<一套新能源汽車動(dòng)力電池?zé)峁芾頍岱抡?/em>攻略>。
以上是作者對(duì)熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的一些總結(jié)，供大家學(xué)下和參考，由于篇幅有限，有更多設(shè)計(jì)討論，歡迎大家交流學(xué)習(xí)。
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電池熱管理仿真流程及前處理技術(shù)
上面兩個(gè)例子有個(gè)共同點(diǎn)是都保留了電芯的極耳和busbar，busbar的溫度在冷卻的時(shí)候能很好的反應(yīng)模組的最高溫度，不論是研究busbar對(duì)模組最高溫度的影響【1】還是后期一維仿真的標(biāo)定，都需要這個(gè)點(diǎn)的溫度，所以busbar在前處理建模的時(shí)候推薦保留。
再來看看流體域部分,液冷電池包主要通過冷卻液進(jìn)行熱交換，所以此處流體域部門是指水冷板內(nèi)的水流道（包內(nèi)空氣處理方法將在以后章節(jié)講解），前處理需要注意的是盡可能保留內(nèi)部流道特征，特別是變徑，彎頭等一些局部阻力較大的區(qū)域，而盡量簡(jiǎn)化管路外部特征，比如快插接頭，溫度傳感器等一些不直接參與換熱的元件，這樣能減少些網(wǎng)格量。
雖然現(xiàn)在EV的電池包電量越來越多，電池包也越做越大，但多數(shù)采用模塊化設(shè)計(jì)，包內(nèi)的熱管理系統(tǒng)也是如此，如下圖冷卻架構(gòu)，8塊水冷板采用4P2S的方式連接在一起，而這8塊水冷板內(nèi)部流道是相同的設(shè)計(jì)，所以前處理相對(duì)來說簡(jiǎn)單。方案設(shè)計(jì)前期更是可以只做流體域CFD仿真計(jì)算單板流量，后期可以以分支為單位優(yōu)化水板流道設(shè)計(jì)，大大提高計(jì)算效率。
總體來說，前處理還是模組的難度大一點(diǎn)，需要保留哪些簡(jiǎn)化哪些部件斟酌的點(diǎn)多一些。但也不是絕對(duì)，關(guān)鍵是看研究問題的關(guān)注點(diǎn)在哪，需要保留哪些和簡(jiǎn)化哪些都可以靈活處理。
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以某車用鋰離子電池組為研究對(duì) 象 ，主 要研究了爬坡工況、９０ｋｍ／ｈ勻速工況和 ＮＥＤＣ三種 工況下動(dòng)力電池組的溫升情況。利用ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋ 和Ａｍｅｓｉｍ 軟件聯(lián)合對(duì)液冷電池包進(jìn)行熱管理仿真，分析流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布情況，預(yù)測(cè)綜合工況下電池包模組的最高溫度和模組間溫差分布，并通過熱管理試驗(yàn)驗(yàn)證三種工況下試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果是否吻合 ，以提高仿真精度。
動(dòng)力電池包內(nèi)熱量的累積不僅影響電池的使用效率及使用壽命，同時(shí)易造成動(dòng)力電池系統(tǒng)故障并引發(fā)安全事故［，因此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電池包內(nèi)溫度分布，并對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行分析具有重要意義。動(dòng)力電池包熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常結(jié)合仿真來預(yù)測(cè)電池包的溫度分布、冷卻系統(tǒng)的流量分配和壓力分布等，從而預(yù)測(cè)熱管理系統(tǒng)的性能。仿真一般分為３Ｄ仿真和１Ｄ仿真，３Ｄ仿真可用于電池包液冷板流場(chǎng)和壓力場(chǎng)的仿真，以及模組溫度場(chǎng)的仿真，以獲得流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的細(xì)節(jié)，但３Ｄ仿真軟件計(jì)算瞬態(tài)工況耗時(shí)較長(zhǎng)，不便或無法用于系統(tǒng)級(jí)別仿真以及控制策略仿真；１Ｄ仿真從系統(tǒng)角度出發(fā)，模型從電池包擴(kuò)展至包含整個(gè)冷卻／加熱系統(tǒng)外部環(huán)路等，由于建模中對(duì)各相應(yīng)部件進(jìn)行了簡(jiǎn)化，在對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真的時(shí)候，能大大提高仿真速度，通常用于系統(tǒng)級(jí)別的瞬態(tài)循環(huán)工況仿真和制定電池包熱管理控制策略等。
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基于STAR-CCM+電池熱管理仿真中交界面interface處理
但是對(duì)于原本已經(jīng)存在的boundary（interface_l-shell），其熱規(guī)范該如何設(shè)置呢？默認(rèn)狀態(tài)下這里是絕熱的。
圖2
個(gè)人認(rèn)為，在沒有特殊要求的話，此處就是保持默認(rèn)設(shè)置即可。之前我覺得此處明明是流固的對(duì)流換熱面，是存在著熱量交換的，怎么絕熱？后來，我思考了之后，真正的換熱面是圖1所示的，是建立在有交界面的時(shí)候的，熱交換的物理過程是發(fā)生在此處，這是個(gè)虛擬面，點(diǎn)擊此處，在視窗區(qū)域也是沒有對(duì)應(yīng)顯示的，也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。
但圖二中面，比如xt外面沒有設(shè)置空氣，那么xt外面對(duì)于環(huán)境就沒有交界面，但xt和外界有對(duì)流和輻射換熱，如果不想建立外面的空氣域，可以域的里面改變交接的外界的傳熱方式，方便計(jì)算，如圖4.
圖3
圖4
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展開 電池熱管理仿真（三）：三維仿真邊界條件和算法
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電池熱管理三維仿真（二）：幾何清理與網(wǎng)格劃分
做三維仿真需要CAD軟件與CAE軟件配合，一維系統(tǒng)仿真也是如此，一維模型（熱、電、流場(chǎng)和動(dòng)力模型等）都需要三維仿真或者試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定。
圖15：各類仿真工具耦合示例
今天就交流這么多，講個(gè)大概的思路，供大家參考。不過總體來講，做仿真是解決工程問題比較好的工具，但軟件是死的，選擇怎樣的工具，采用什么方法，設(shè)置什么樣的參數(shù)，還是在于工程師，最后上個(gè)最近比較喜歡的圖。
圖16：軟件與工程師
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根據(jù)仿真數(shù)據(jù)快速地選擇出冷卻、加熱和保溫方式；在冷卻子系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，可以對(duì)Pack、模組或電池（帶冷卻子系統(tǒng)）進(jìn)行熱場(chǎng)和流場(chǎng)仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果確定冷卻通道設(shè)計(jì)、冷卻介質(zhì)、冷卻入口溫度和流量以及風(fēng)扇或泵的參數(shù)等。動(dòng)力電池?zé)峁芾矸抡?/em>過程中前處理技術(shù)幾何清理、網(wǎng)格劃分、仿真邊界和熱管理策略輸入、電池模塊是仿真的難點(diǎn)，特別對(duì)于電池模塊的電化學(xué)仿真，關(guān)于仿真這一塊，本篇就不再詳述，本人以前寫的文章有詳細(xì)描述<一套新能源汽車動(dòng)力電池?zé)峁芾頍岱抡?/em>攻略>。
以上是作者對(duì)熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的一些總結(jié)，供大家學(xué)下和參考，由于篇幅有限，有更多設(shè)計(jì)討論，歡迎大家交流學(xué)習(xí)。
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展開 汽車電池熱管理熱失控原因及預(yù)防策略介紹（附視頻教程）
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課程圍繞電池?zé)峁芾?/em>基本知識(shí)、儲(chǔ)能液冷和風(fēng)冷熱管理設(shè)計(jì)方法、電池包幾何前處理、電池包網(wǎng)格劃分、仿真求解和熱管理仿真分析等方向展開講解，分為12大章節(jié)45講，一共77個(gè)技術(shù)點(diǎn)帶你全方位掌握新能源電池儲(chǔ)能熱管理仿真和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)～
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展開 基于Star-CCM+液冷電池熱管理仿真
電池的最高溫度35.1℃
系統(tǒng)壓降35.1pa
流道出口溫度25.8℃
更多考慮點(diǎn)：
上文動(dòng)力電池?zé)峁芾矸抡?/em>為粗略的仿真方法，模型還是比較小，需要處理和注意的細(xì)節(jié)相對(duì)較小，仿真的方法還需進(jìn)一步的優(yōu)化，本次仿真未考慮，熱阻、隨時(shí)間變化發(fā)熱功率，導(dǎo)電排，極柱的歐姆熱、隨溫度變化的材料參數(shù)等等因素。
汽車電池熱管理冷卻技術(shù)分析（含視頻教程詳細(xì)講解）
課程針對(duì)工程應(yīng)用、采用的風(fēng)冷電池簇、液冷電池簇作為課程仿真演示對(duì)象，一方面會(huì)對(duì)風(fēng)冷/液冷單個(gè)電池包模型簡(jiǎn)化方法、網(wǎng)格劃分、仿真模型建立、工況計(jì)算依據(jù)、工況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)的講解，另外方面是對(duì)儲(chǔ)能熱管理設(shè)計(jì)和關(guān)鍵零部件選項(xiàng)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)講解。
通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，盡管您是一位剛剛畢業(yè)的仿真小白，也可以通過本課程完成熱管理設(shè)計(jì)方法和熱管理仿真方法的入門到進(jìn)階，讓您全方位成為一位真正的熱管理工程師，且學(xué)習(xí)完本課程后可以達(dá)到獨(dú)立承擔(dān)項(xiàng)目水平！
課程圍繞電池?zé)峁芾?/em>基本知識(shí)、儲(chǔ)能液冷和風(fēng)冷熱管理設(shè)計(jì)方法、電池包幾何前處理、電池包網(wǎng)格劃分、仿真求解和熱管理仿真分析等方向展開講解，分為12大章節(jié)45講，一共77個(gè)技術(shù)點(diǎn)帶你全方位掌握新能源電池儲(chǔ)能熱管理仿真和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)～
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Starccm儲(chǔ)能風(fēng)冷/液冷系統(tǒng)熱管理設(shè)計(jì)策略與仿真-十二大專題電池儲(chǔ)能熱管理設(shè)計(jì)仿真入門進(jìn)階45講
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