電池包液冷的案例
液冷電池包熱管理-基于star-ccm+＆Ａmesim聯合仿真
以某車用鋰離子電池組為研究對 象 ，主 要研究了爬坡工況、９０ｋｍ／ｈ勻速工況和 ＮＥＤＣ三種 工況下動力電池組的溫升情況。利用ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋ 和Ａｍｅｓｉｍ 軟件聯合對液冷電池包進行熱管理仿真，分析流場和溫度場的分布情況，預測綜合工況下電池包模組的最高溫度和模組間溫差分布，并通過熱管理試驗驗證三種工況下試驗結果與仿真結果是否吻合 ，以提高仿真精度。
動力電池包內熱量的累積不僅影響電池的使用效率及使用壽命，同時易造成動力電池系統故障并引發安全事故［，因此準確預測電池包內溫度分布，并對溫度場進行分析具有重要意義。動力電池包熱管理系統設計中，通常結合仿真來預測電池包的溫度分布、冷卻系統的流量分配和壓力分布等，從而預測熱管理系統的性能。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和壓力場的仿真，以及模組溫度場的仿真，以獲得流場和溫度場的細節，但３Ｄ仿真軟件計算瞬態工況耗時較長，不便或無法用于系統級別仿真以及控制策略仿真；１Ｄ仿真從系統角度出發，模型從電池包擴展至包含整個冷卻／加熱系統外部環路等，由于建模中對各相應部件進行了簡化，在對系統性能進行仿真的時候，能大大提高仿真速度，通常用于系統級別的瞬態循環工況仿真和制定電池包熱管理控制策略等。
本人公眾號：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。
展開 STAR-CCM+&Amesim聯合仿真的液冷電池包熱管理
同時本人也在技術鄰平臺更新新能源動力電池熱管理仿真和設計課程如下
1、 基于starccm+在動力電池熱管理仿真技術應用、
2、新能源汽車PACK熱流體仿真進階20講
3、新能源動力電池熱管理設計入門到進階23講
4、 Hypermesh網格劃分-精講進階視頻教程
5、有限元分析ANSA19.0視頻教程零基礎入門到精通50講
6、Hypermesh軟件CAE流體網格劃分CFD前處理
基于Star-CCM+動力電池液冷系統熱管理仿真完整攻略
首先，冷卻液流經冷凝器、壓縮機后被強制降溫，然后低溫冷卻液經過電池系統內部冷卻流道與電芯發生熱交換以后，再流經熱交換器與低溫制冷劑進行熱交換，從而將電池產生的熱量帶出電池系統，降低電池溫度。液冷比風冷的散熱效率高，能夠滿足大功率充放電的散熱需求，同時液冷散熱更均勻，電芯溫差小，溫度一致性高，能夠大幅提高電池系統穩定性和壽命。但是，液冷系統結構較風冷系統復雜，液冷系統運轉時會消耗電池本身的能量，且相對風冷系統成本也略有增加。
六、認識電池包的液冷系統
液冷系統指的是電池系統內部的液冷系統，一套完整的液冷系統不僅包括電池系統內部的液冷系統，還包括電池系統外部的液冷系統。圖是一套完整液冷系統的工作原理圖：電芯產生的熱量通過電池系統 內部液冷系統被帶出電池系統，然后進入電池系統外部液冷回路中，緊接著這部 分熱量通過換熱器傳遞給整車空調系統，最后通過整車空調系統將這部分熱量傳遞到環境空氣中。
（一）液冷工質
根據液冷工質電導率不同，液冷工質可以分為直接接觸式和間接接觸式，直接接觸式的液冷工質可以與電芯直接接觸并將熱量散入環境中，硅油和篦麻油屬于直接接觸式液冷工質，間接接觸式的液冷工質不能直接與電芯接觸，通常需要利用金屬容器進行盛裝，并利用金屬容器與電芯進行接觸從而將熱量散入環境中，且金屬容 器與電芯之間需要添加絕緣層，水和乙二醇溶液屬于間接接觸式液冷工質。
(二)液冷系統設計流程
整個液冷系統設計的流程可以分為設計目標、系統總體方案設計、傳熱路徑設計、液冷回路設計、液冷板設計、冷卻策略設計、機械結構設計、仿真分析和測試驗證等。
1、設計目標
1）電芯溫度控制
對電芯溫度的控制，主要是從保證電芯循環壽命要求出發的，即將電芯的最高溫度控制在特定溫度之下，才能保證電池系統的循環壽命要求。
展開 淺淡電動汽車電池系統熱管理技術
此外，在低溫環境下充電容易在負極表面形成鋰沉積，金屬鋰在負極表面積累會刺穿電池隔膜造成電池正負極短路，威脅電池使用安全，電動汽車電池系統低溫充電安全問題極大的制約了電動汽車在寒冷地區的推廣。
因此為了提高整車性能，使電池組發揮最佳的性能和壽命，就需要優化電池包的結構，設計能夠適應高溫和低溫的電動汽車電池包熱管理系統BTMS。
電動汽車電池系統熱管理技術現狀
動力電池散熱研究可分為空氣散熱、液冷散熱、固體相變材料散熱和熱管散熱等方式，現有主要散熱技術以前三種為主。
空冷式散熱系統
空冷式散熱系統也叫風冷式散熱系統。空冷式的散熱方式最為簡單，只需要讓空氣流經電池表面帶走動力電池所產生的熱量，達到對動力電池組散熱的目的。根據通風措施的不同，空冷式又有自然對流散熱和強制通風散熱兩種方式。
自然對流散熱不依靠外部附加的強制通風措施（如加風機等），只是通過電池包內部流體自身因溫度變化而產生的氣流進行冷卻散熱的系統。
強制對流冷卻散熱系統是在自然對流散熱系統的基礎上加上了相應的強制通風技術的散熱系統。
當前動力電池空冷式散熱主要有串聯式和并聯式兩種系統。但該種方式效果較差，且很難達到較高的電池均溫性。串聯風冷散熱/并聯風冷散熱
液冷式散熱系統
動力電池的液冷式散熱系統是指制冷劑直接或間接地接觸動力電池，然后通過液態流體的循環流動把電池包內產生的熱量帶走達到散熱效果的一種散熱系統。制冷劑可以是水、水和乙二醇的混合物、礦物質油和R134a等，這些制冷劑擁有較高的導熱率，可以達到較好的散熱效果。
當前動力電池的液冷技術也擁有了相當成熟的技術，在電動汽車的散熱系統中也有了相對廣泛的應用，比如特斯拉電池包就是采用水和乙二醇的混合物的液冷方式散熱，寶馬i3采用R134a進行散熱。
展開 
新能源汽車動力電池熱管理技術剖析
串聯風冷散熱/并聯風冷散熱
液冷式散熱系統
動力電池的液冷式散熱系統是指制冷劑直接或間接地接觸動力電池，然后通過液態流體的循環流動把電池包內產生的熱量帶走達到散熱效果的一種散熱系統。
制冷劑可以是水、水和乙二醇的混合物、礦物質油和R134a等，這些制冷劑擁有較高的導熱率，可以達到較好的散熱效果。
當前動力電池的液冷技術也擁有了相當成熟的技術，在電動汽車的散熱系統中也有了相對廣泛的應用，比如特斯拉電池包就是采用水和乙二醇的混合物的液冷方式散熱，寶馬i3采用R134a進行散熱。
液冷式系統往往要求更復雜的更加嚴苛的結構設計以防止液態制冷劑的泄漏以及保證電池包內電池單體之間的均勻性，而液冷系統的復雜結構也使得整套散熱系統變得十分笨重，不僅增加整車的重量，使得整車的負擔大大增加，而且同時由于其結構的復雜性及高密封性使得液冷系統的維護和保養相對困難，維護成本也相應增加。
液冷系統圖
動力電池包液冷結構散熱方式
特斯拉電池包液冷散熱圖
相變材料式散熱系統
相變材料式散熱系統是以相變材料作為傳熱介質，利用相變材料在發生相變時可以儲能與放能的特性達到對動力電池低溫加熱與高溫散熱的效果。但相變材料的熱導率比較低，為了改變材料的固有缺陷，人們向相變材料中填充一些金屬材料，例如有些研究中將很薄的鋁板填充到相變材料中從而達到提高熱導率的目的。為了提高相變材料的熱導率，還有人提出了向相變材料中填充碳纖維、碳納米管等。
相變材料包裹電池式結構
熱管式散熱系統
熱管作為一種高效的導熱原件，能夠快速高效地把熱能從一個地方輸送到另一個地方，也就是能夠把熱量快速有效地在兩個物體間進行傳輸。
在電動汽車的熱管理系統中，國內外很多學者也把熱管這一導熱原件應用到動力電池的散熱中。
展開 促進合作，匯智共贏！第二期電子熱設計技術專題研討會落下帷幕
03 | 汽車電子熱設計仿真案例介紹（汽車電控、IGBT）
安世亞太流體技術主管俞斌根和大家分享了幾個經典的熱設計案例：
被動散熱熱設計案例：視訊設備熱設計評估、LED電源、5G通訊設備、便攜式醫療設備；
主動散熱熱設計案例：控制器熱設計、車載水冷OBC；
多板卡集中布置機箱案例的風道評估和優化；
其他分析案例：電池包液冷相變分析等。
俞老師表示，安世亞太將著力打造熱分析領域的生態化平臺，讓更多從事熱分析領域相關工作的工程師，能夠發揮自己的聰明才智，獲得更大的成功。同時也幫助更多的企業，提升研發精度，打造核心競爭力。
小結
以上就是本次研討會的主要內容，更多精彩活動正在籌備中，歡迎關注我們官網、官微的信息發布。
安世亞太將繼續為各位研發人才帶來更多主題、更多形式的活動，期待與您的下一次相聚。
展開 基于Star-CCM+液冷電池熱管理仿真
電池的最高溫度35.1℃
系統壓降35.1pa
流道出口溫度25.8℃
更多考慮點：
上文動力電池熱管理仿真為粗略的仿真方法，模型還是比較小，需要處理和注意的細節相對較小，仿真的方法還需進一步的優化，本次仿真未考慮，熱阻、隨時間變化發熱功率，導電排，極柱的歐姆熱、隨溫度變化的材料參數等等因素。
關于新能源車型電池包熱管理系統設計應考慮的幾個影響因素
?其中整車耐久可靠性試驗是眾多汽車企業的主流驗證方法，可以充分暴露電池熱管理系統各方面可能存在的設計缺陷?
2 熱管理系統設計不良案例
2.1 電池包熱交換設計不良
某項目A是插電混合動力車型，其電池包采用液冷設計，且設計了壓縮機參與熱量交換的快速冷卻功能，在熱管理系統設計上理念較為先進?然而該項目在以高車速/大載荷工況為主的整車動力總成耐久試驗過程，暴露出電池包過熱降功率問題?
在該耐久試驗過程，電池包最高電芯溫度隨著工況的進行而快速上升，當最高電芯溫度上升至38℃時，系統根據策略觸發快速冷卻功能，電池升溫速度雖然開始減緩，但仍在繼續增長?同時電池包內的單體電芯溫差在逐漸拉大?最終最高電芯溫度突破46℃，BMS報電池溫度過高故障，整車進入降功率行駛模式?
產品工程師在分析電池包散熱不良現象過程，初步發現了冷卻液的出水溫度與進水溫度十分接近，結合水流速度計算得出的熱交換量較低，并未達到預期的設計目標?因此聯合供應商對電池包進行拆解分析，最終確認了電池包的冷板存在幾個設計不合理問題?
①冷板僅與電池模組下方一個面接觸，接觸面積過小，導致熱量無法及時傳導到冷板上;
②冷板的水路沒有進行迂回設計，過于筆直，導致冷卻液未能吸收足夠的熱量就快速通過了冷板;
③冷板僅與電池模組下方一個面接觸，模組下方的電芯距離冷板較為接近，冷卻效果較好，而模組上方的電芯距離冷板較遠，冷卻效果較差，很容易導致電芯溫度差變大?
2.2 電池包熱阻值與額定電壓設計不良
某項目B是插電混合動力車型，其電池包與項目A一樣采用具有快冷功能的液冷設計?該項目同時使用了分別來自甲和乙兩家供應商的動力電池?然而兩個不同供應商的電池包在動力總成耐久試驗過程的表現出現了較大的差距，其中乙的電池包在耐久過程頻繁出現過熱降功率現象，而甲的電池包在耐久全過程均未出現降功率現象?暴露出電池包供應商乙的電池包設計經驗不足問題
展開 動力電池液冷系統(VOF)流動狀態模擬 ￥20
聯系方式QQ599464330，遇到問題記得聯系我。
本次操作采用的軟件如下：前處理軟件為SCDM抽取流體，導入starccm+求解。
將x_t 文件導入SCDM里面，然后抽取液冷板內部流體體積。
2.流體抽取成功后如下圖顯示：
3.另存為fluid.x_t 或者是step的格式。
4.打開starccm+軟件，新建一個.star文件，一般核數根據自己的電腦性能來選擇，設置核數越大計算越快。
5.打開剛剛保存的fluid.x_t文件，導入之后檢查模型。
6.對導入之后的模型進行合并曲面操作Geometry——Parts——fluid——surfaces——按住shift選擇所有的表面——右鍵——選擇combine——合并為一個面。
7.合并了所有的面以后，需要對模型進行破面壓印檢查。
選擇Execute ALL，執行。
檢查確保沒有穿刺面和破面，然后點擊左下角的close關閉表面修復界面
8.分離出進口（inlet）和出口（outlet）的表面Geometry——Parts——fluid——surfaces——fluid——split by patch，從合并的流體表面中分離出進口和出口的面。
利用同樣的方法，分離出出口區域表面outlet1和outlet2
分離完成后，如下圖所示，會有四個表面，整體流道，進口，兩個出口表面。
9.將parts下面的surface分配給regions，設置流道邊界條件Geometry——Parts——fluid——右鍵——Assign Parts to regions。
在上面的設置中，選擇為每個part創建一個區域，為每一個part的表面創造一個邊界，選擇好后，點擊apply
展開 動力電池液冷系統仿真流程（下）
圖12 液冷系統P-Q曲線
4.4.2 流量均勻性
借助流場分析仿真得出各回路流量值，判斷各回路流量分配均勻性，流量比的偏差值是否控制在設計目標范圍內。
圖13 各回
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展開 電動汽車電池熱管理風冷與液冷
鋰離子電池包熱管理的要求是根據鋰離子電池發熱機理,合理設計電池包結構,選擇合適的熱管理方式,合理設計熱管理策略,保證電池包內各個單體電池工作在合理溫度范圍內的同時盡量維持包內各個電池及電池模塊間的溫度均勻性。
動力蓄電池熱管理系統(BTMS,Battery Thermal Management System)對純電動汽車在各種環境下的動力性有至關重要的影響。通過研究分析鋰離子電池產熱原理,BTMS傳熱冷卻方式,及風冷散熱和液冷散熱方案的比較,說明液冷散熱效果好于風冷,液冷散熱將是未來適合復雜工況的大功率鋰離子動力電池熱管理的重要研究方向。
動力蓄電池作為純電動汽車的動力來源,是提高整車性能和降低成本的關鍵一環,其溫度特性直接影響電動車的性能、壽命和耐久性。鋰離子電池因比能大、循環壽命長、自放電率低、允許工作溫度范圍寬、低溫效應好等優點是電動車目前首選的動力電池。鋰離子電池包熱管理的要求是根據鋰離子電池發熱機理,合理設計電池包結構,選擇合適的熱管理方式,合理設計熱管理策略,保證電池包內各個單體電池工作在合理溫度范圍內的同時盡量維持包內各個電池及電池模塊間的溫度均勻性。由于電池組中單體電池是互相串聯的,任何一只電池性能下降都會影響電池組的整體表現。溫差為5℃、10℃、15℃時,相同充電條件下電池組的荷電態分別下降10%、15%、20%。
鋰離子電池熱特性
電池在充放電過程中都會發生一系列化學反應,從而產生熱反應。鋰離子動力電池的主要產熱反應包括:電解液分解、正極分解、負極與電解液的反應、負極與粘合劑的反應和固體電解質界面膜的分解。此外,由于電池內阻的存在,電流通過時,會產生部分熱量。低溫時鋰離子電池主要以電阻產生的焦耳熱為主,這些放熱反應是導致電池不安全的因素。電解液的熱安全性也直接影響著整個鋰電池的電池動力體系的安全性能。
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動力電池液冷系統仿真流程（上）
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淺析電動汽車電池PACK液冷系統性能與測試
結束語除了以上性能外，依據材料要求還有拉伸強度?屈服強度?外部腐蝕性?壓降測試等?這些要求綜合是為了保證液冷系統密封性能，即保證對電池PACK的冷卻性能，又不會再突發情況下因漏液而危及電池PACK。
五菱首款液冷技術電池正式下線
五菱紅1號電池是同級首個采用液冷技術的商用車電池，更好適配新時代下商用車用戶需求。
該電池采用MUST超輕薄結構技術，厚度僅為148mm，是業內最薄的商用車電池，更大程度為貨箱載貨空間讓利，將在安全、體驗和性能上，引領新能源商用車行業轉型。
目前五菱紅1號電池已正式量產下線，并將在五菱即將新推出的新能源商用車上首發搭載。
LG電池XITONG 液冷系統模組解析
LG作為電池系統方面的專家，尤其獨到的設計理念，下面展示一些設計方案。
以下這個圖比較清晰，模組設計上其實兼容了兩種形狀。
采用液冷方案的電池系統
相比較而言，Ford和LG在Focus EV上做了些許的改進，組合要是冷卻管和散熱方式上有些變化，主體結構有些許差異。
實物圖
下圖是相應的管道接口，復雜程度不言而喻，而且人家可以保證密封以及防泄漏能力。
下圖是LG 近幾年為OEM準備的電池系統，不乏沃爾沃，通用等一線大品牌。
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