水冷板設計的案例
水冷板設計要點漫談
水冷板設計的核心要點，熱阻和壓損。
如何平衡兩者，可以使用品質因數去處理。但詳細流道設計涉及流道截面尺寸的設計和選取，如何選取是比較關鍵的。不同當量直徑下努塞爾數Nu隨Re的變化，可以看出，流道在各個當量直徑下的努塞爾數Nu隨著雷諾數的增大而增大，對流換熱效果越好。在相同Re下，流道截面當量直徑越大，努塞爾數Nu越大，對流換熱效果也越好。
科普 \\ 電池水冷板加工工藝 - 焊接
01
電池冷卻與電池水冷板
隨著國家新能源汽車戰略的深入推進，新能源汽車行業受到了越來越多的人關注。動力電池作為新能源汽車的心臟，其安全性,壽命,續駛里程,性能也成為廣大用戶關注的焦點。為了提高電池的性能，延長電池的使用壽命，增加車輛的續駛里程，防止動力電池出現安全性事故，電池的工作溫度就成為關鍵因素之一。
在一眾電池冷卻方案中，液冷以其大比熱容、高換熱系數，成為超越風冷、相變冷卻的主流冷卻方式。動力電池在工作中產生的熱量，通過電子部件與板型鋁質器件表面接觸的方式傳遞，最終被器件板內部流道中的冷卻液帶走，這個板型鋁質器件就是水冷板。
水冷板的設計形式及其布置位置也是多種多樣的，主要根據電池的類型，電池系統整體的布置來確定。加之為了保證大能量電池包溫度均勻性，整個熱管理系統基本都采用多并聯支路設計，冷卻流道越長，溫度均勻性控制越困難，例如特斯Model X單冷卻管道長度約5.2m到model3單冷卻管道變為約1.9m，通過初步CFD計算，電池系統整體均勻性有了很大提高。
02
電池水冷板的工藝變遷
電動汽車從早期的普通油改電，到降本要求下電池PACK方案的優化，水冷板工藝路線也在歷經變化。
初代產品-擠出鋁型材水冷板
型材水冷板的用料是板厚2mm左右的6系鋁型材，無需用到懸浮設計，直接拿VDA模組往上堆，每塊放置3-4個模組，也可以把水流道集成到箱體底部，所有模組都堆到了水冷板上面，強度可見一斑。
展開 本田的電池模組和冷板設計
和之前不一樣的地方：
1）PHEV：從一頭進另一頭出，從尾部的四塊水冷版接入，然后從頭部的三塊板串行輸出
2）BEV：進出水口設置在冷板的中間，進出水管也布置在中間，這里在之前的做法里面，改進了串聯的部分，這里可能也涉及到一定的妥協
備注：目前來看，絕大部分專用的BEV平臺都是考慮把電池托盤和水冷板一體化
圖2 電池系統內的冷卻板
這里兩個電池包的寬度也可能有一定的差異，之前PHEV的冷板明顯是一整塊，而BEV的做法是兩塊結合在一起，和中間的板子結合在一起，這個TIM是一整塊。
圖3 之前的冷板的設計
兩個系統的流速是有一定的差異的，一個是1.5L/min，差異在0.5K/min；而并聯后的流速的需求在1.3L/min左右，實際的差額是大于0.5K/min，這里還是7個流道回路和12個流道回路的設計差異。
圖4 兩個冷板設計內的冷卻液流速差異
與之前的水冷板相比，由于BEV里面的水冷板需要打個圈，這里采取了口琴管式的18個流道。在這里設計改進還有水冷板的支撐結構，之前的電池系統是采用機械彈簧，這次的設計改進主要是在底座和水冷板上進行設計改進。是綜合考慮橡膠支座高溫老化特性 、導熱墊的粘彈性特性，冷卻板的截面剛度以及組成部件的高度公差來優化設計。
展開 【AICFD案例操作】水冷板散熱分析
軟件涵蓋了從建模、仿真到結果處理完整仿真分析流程，幫助工業企業建立設計、仿真和優化相結合的一體化流程，提高企業研發效率。
一、概 要
1）案例描述
本案例為水冷板散熱，冷板內部流道為單根水道。右側進水，左側出水，在入口流速為0.2m/s，液體溫度為25℃條件下進行了散熱的數值模擬，在案例最后可以看到結果溫度云圖。
2）網格
整體網格為四面體網格單元為主的非結構網格，網格數量319萬。
圖1-1 網格模型
3）計算條件
求解模型：Laminar
介質：流動工質采用水、冷板材料采用鋁、熱源材料采用硅
邊界條件：入口流速為0.2m/s，水溫為25K；熱源1熱量為40W，熱源2熱量為60W。
二、網 格
1）新建工程
① 啟動AICFD 2023R2；
② 選擇 文件>新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設置工程文件名，點擊“確定”。
圖2-1 AICFD窗口
圖2-2 新建工程
2）網格導入
單擊菜單欄網格>導入網格，導入外部生成的計算域網格。
圖2-3 網格導入
3）網格質量檢查
單擊菜單欄 網格>網格質量，檢查網格質量。
圖2-4 網格質量檢查
三、求解設置
1）求解模型
雙擊 求解>求解模型，設置模型。本案例為穩態計算，采用不可壓縮流，采用層流模型。
展開 
基于Icepak對異形復雜水冷板的仿真詳細過程 ￥50
對于異形復雜流道結構的水冷板，無法在Icepak界面中進行創建完成，只能通過Ansys workbench中的SCDM或DesignModeler對外部三維軟件導進來的中間格式模型進行二次處理，使其稱為能夠被Icepal識別的幾何體，然后在進行Icepak進行流體和熱仿真計算。本教材以風電變流器IGBT水冷板作為案例，進行逐步講解。
水冷板四種常用流道的性能比較
常用水冷板的流道有：平板型、平直翅片型、擾流柱型和折流型四種，如何在實際設計中合理選擇流道，最關心的兩個問題是熱阻和流阻兩個指標，本文就以上四種流道給出了同一流道下的流阻和熱阻特性的差異。理想是設計一種流阻小、熱阻小的流道。但實際應用中，流道可能是幾種流道的綜合應用，需要根據實際情況綜合評估，多種流道的綜合比較，可以引入綜合評價因子對比得到。
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某水冷板熱流仿真計算步驟講解
第一步：打開ANSYS Icepak熱模型
單獨啟動ANSYS Icepak，點擊Existing選項，從工作目錄中找到CAD修復導出的水冷板熱模型，點擊相應的文件名，點擊open，即可在打開模型。
圖1 打開水冷板熱模型
第二步：雙擊Cabinet，打開其編輯窗口，如下圖所示，修改yE的尺寸，將頂部Y面擴大10mm（用于避免進出口與Cabinet邊界相貼所造成的劣質網格）
圖2 修改計算區域
第三步：創建Hollow block：建立Hollow block，可以將模型中不需要參與熱流計算的空間消除
1、點擊快捷工具欄中的block ，在視圖中心會出現相應的block體。
圖3 創建Hollow block
2、使用面匹配功能 ，將block的尺寸調整成與計算區域cabinet同樣大小。
圖4 對Hollow block進行尺寸匹配
3、設置block屬性
雙擊上一步建立的block模型，出現其屬性面板，在Info面板下修改其優先級為0，在Properties面板下選擇Block type為Hollow，點擊下方的Done。
圖5 修改Hollow block屬性面板
第四步： 其他各模型的屬性設置
1、水體模型的參數設置
選擇模型樹下的水體模型（3個模型），點擊編輯按鈕，打開多體編輯面板，其屬性Properties面板下設置Block Type為Fluid，Fluid material中選擇Water，點擊下方的Done。
展開 某水冷板熱流仿真—CAD模型修復導入教程
液體冷卻的常用冷卻工質為水（不同百分比乙二醇混合），其來源廣泛、環境友好、價格低廉。
水冷板散熱器廣泛應用于各類工業品的散熱冷卻，比如電動汽車電池包、光伏逆變器、電動汽車控制器、醫療器械、IT服務器、變流器、軍用各類電子控制機箱等等。相對于傳統的強迫風冷散熱，水冷能有效提高系統的散熱效果，增大散熱功率，且較容易實現高防護等級。
圖1 水冷板散熱應用案例
本文以電力行業晶閘管常用的水冷板模型為例，詳細講解了如何對此水冷板CAD模型進行前處理修復、將模型導入熱仿真軟件ANSYS Icepak的流程，具有一定的普適性。
本文所使用的軟件為ANSYS SCDM19.0。
圖2 某晶閘管水冷板散熱器CAD模型
水冷板CAD模型修復、導入熱仿真軟件的具體操作說明如下：
一、常用的主要操作命令
1）設計界面下
圖3 常用修復命令
主要是使用選擇、拉動、移動、填充、分割主體、組合等命令對CAD模型做修復。
2）準備界面下
圖4 體積抽取命令
主要是使用體積抽取的命令，來抽取水冷板管道內的流體體積。
3）workbench界面下
圖5 模型轉化命令
主要是使用Workbench下的識別對象、仿真簡化等命令，將修復好的CAD模型轉換為ANSYS Icepak認可的模型，從而建立ANSYS Icepak熱流仿真模型。
展開 設計仿真 | 革命性的增材制造用于冷板設計：一種新的CFD工作流程
通過增材制造對冷板和換熱器設計進行熱流體分析的新工作流程
Part.01
增材制造的創新及其實際應用
增材制造（AM）是一種通過分層材料創建三維零件的過程，通常由數字3D模型數據指導。與傳統制造技術相比，AM具有以下優勢：
? 設計自由
? 高效的材料使用等
隨著金屬AM的進步，顯著的成本降低和精度的提高促進了實際應用。
此外，新材料和新工藝的發展刺激了制造業的創新轉型。值得注意的是，與熱管理和冷卻相關的應用正在引起人們的關注。冷卻裝置和熱交換器的新設計利用了AM提供的設計靈活性。例如，與傳統設計相比，汽車電力電子設備的冷板現在提供了三倍的表面積。相機等消費品的散熱性能提高了24%，展示了AM對熱管理和冷卻技術的革命性影響
Part.02
使用增材制造設計冷卻裝置的技術挑戰
使用AM設計用于熱管理和冷卻應用的冷板和熱交換器存在幾個技術挑戰，包括：
1)優化流量；
2)優化傳熱性能；
3)除了流體和熱性能外，還必須評估可制造性。
Part.03
CAE分析對增材制造的挑戰
在大多數計算機輔助工程（CAE）工作流程中，在CAD中創建三維形狀，然后將其導入CAE工具以生成體網格。然而，AM特定的建模工具使用隱式表示，而不是零件形狀的邊界表示（B-rep）。隱式表示使用一個字段來表示對象，該字段確定空間中的點是在對象內部還是外部。這允許非常復雜和靈活的設計，使其成為AM的理想建模方法。
然而，在CAE中使用隱式表示帶來了挑戰。許多CAE工具需要曲面網格來生成體網格。因此，在CAD中創建表面網格，例如STL文件，并將其導入CAE工具，或者CAE工具本身具有從CAD數據生成表面網格的能力。
在隱式表示的情況下，還需要創建曲面網格。
展開 【培訓】天洑8月23日-26日4場“電池包水冷板”主題建模/仿真分析/優化培訓課程報名
本期培訓主題方向為“電池包水冷板”，內容涵蓋天洑多款軟件在該主題方向的仿真分析、建模、優化操作培訓。
全參數化建模及優化操作培訓【軟件工具CAESES】
●
培訓時間
：
8月23日 14:00-15:00
● 參會方式：點擊下方鏈接或掃描二維碼報名預約
報名鏈接：https://wx.vzan.com/live/tvchat-1660240267?v=637963483829069998
● 培訓日程：
●
費用說明：
免費
●
軟件簡介：
CAESES
是全參數化建模及優化軟件，包括參數化建模、幾何前處理、外部軟件連接、結果后處理及優化評估。通過集成的參數化優化策略，幫助客戶探索并得到理想的設計方案。
智能仿真操作培訓【軟件工具AICFD】
● 培訓時間：8月24日 14:00-15:00
●
參會方式：
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報名鏈接：
https://wx.vzan.com/live/tvchat-864566650?
展開 
DfAM | 電池冷板的創成式設計
這種方法雖然計算成本很高，但數學建模更符合物理實際，為每個優化設計的提供更真實的性能評估。一個符合實際情況的數學描述是正確優化設計空間并最終找到最佳設計的根本。
冷板案例研究
案例研究比較了傳統電池冷板設計與創成式電池冷板設計。該冷板的尺寸為447×220×10.5 mm，如圖2所示，上部圖顯示了入口、出口和流體區域，底部圖顯示了與冷板相關的電池，表示系統的熱源。
圖2冷板系統
冷板材質是鋁，熱導率k = 237WmK，該系統冷卻劑是用50%的水和50%的乙二醇生產的，進口溫度為20 ℃，流量為3 L/min，熱源為800W。當某些因素得到滿足時，冷卻系統會達到最佳性能。冷板上均勻的溫度分布對電池壽命至關重要，因此，變化溫度ΔT =5℃被認為是冷板的最佳溫度。值得注意的，ΔT的值通常更小，為了保護專利信息才選擇了5℃，這種選擇并不影響所提出方法的有效性。另一個重要因素是液體在冷板通道的壓降，對于本案例研究，最大壓降目標為5.5kPa。
可制造性
當涉及到制造過程時，許多因素是決定的關鍵，如成本和最終產品的質量。
可制造性過程被視為設計問題的約束，在建立設計區域時設置可制造的工藝約束，在本案例研究中，所選用的制造工藝為鈑金發泡。圖3顯示了一個金屬板發泡板的草圖。紅線代表底部，藍線是可變形的頂板。金屬板成型工藝需要定義以下可制造性參數，R_f 是通道寬度，bR_(o，i)是彎曲半徑，t是厚度，delta是流體區域的高度，angle是通道的倒角。這些參數取決于公司的供應商，并在很大程度上取決于生產設備，選擇這種技術保證了最終產品的可制造性。
展開 熱仿真招聘來啦！
集團官網http://ferrotec-global.com
杭州大和熱磁官網：http://www.ferrotec.com.cn/
聯系人：汪工 15805195895
1、結構仿真工程師 2人
崗位職責：
負責產品零部件和總裝圖的設計、仿真：
1. 基于客戶輸入（規格，技術要求等），負責產品結構、機械部件的設計、材料選用；
2. 繪制2D、GT&T、3D數據，圖紙審核；
3. 負責機械結構件的試制與改進；
4、負責力學仿真模塊，根據實際問題建立有限元模型；
5、根據仿真結果或者對實驗破壞的零部件進行原因分析，進行設計改進；
崗位要求：
1. 熟識CATIA、PRO E、Solidwork、ANSYS、Flotherm等設計分析軟件工具；
2. 熟悉各種機械零件（標準、非標準、通用件）的設計標準與規范，掌握各種零部件材料選用
3. 善于溝通，良好的團隊協作能力；
4. 具備良好的分析、解決技術問題的能力；
5. 機械工程、動力能源、低溫制冷等相關專業，本科及以上學歷。
2、熱設計與仿真工程師 2人
崗位職責：
1. 負責產品總體熱設計架構和布局；
2. 負責產品的熱設計方案、仿真報告，完成熱設計方案的優化設計；
3. 負責產品熱設計方案的相關驗證實驗；
4. 配合產品工程師，完成產品設計改進與定型；
任職要求：
1. 熱能與動力，工程熱物理，或與熱設計相關專業，具有系統散熱和水冷板設計經驗者更佳；
2. 熟悉流體及傳熱學相關理論知識，完成設計方案的計算驗證；
3. 精通相關的熱仿真分析軟件（如Flotherm、ICEPAK、Ansys）和相關的標準規范、測試設備；
4.
展開 新能源pack系統散熱解決方案-液冷板選型和設計
2.熱性能測試
冷卻性能測試；
加熱性能測試
形式測試：
低溫密封性試驗
壓降測試
爆破試驗
靜壓強度
耐高溫試驗
耐低溫試驗
壓力交變試驗
鹽霧試驗
帶載振動試驗
內部腐蝕性試驗
進回水接頭拉拔力測試
水冷散熱器的設計原則
1基材的選擇：盡量避免一個系統中有兩種電極電位差較大的金屬，減少電化學腐蝕。
2冷板種類選擇:基于液冷系統的結構和是否承載重去選擇
3 流量的確定：由于水冷的系統比較龐大，一般不會對整個系統做仿真分析，而是先設定水冷散熱器流量，再根據對應的系統流動阻力匹配水泵。總熱量和工質的物性參數確定后，流量和溫升成反比
若溫升較高，則水冷系統的換熱器（冷卻水用）需要設計的比較大；若溫升過低，則需要選用比較大的水泵。因此溫升過高或過低都會引起成本的增加。基于經濟性考慮，常常有個經濟型溫升范圍，也就同步確定了散熱器的流量。
4.水冷流道截面的設計
經理論推導，對流熱阻與截面的水力直徑成正相關的關系。
也就是說，其他條件相當，水力直徑越大，對流熱阻越大。我們知道，水力直徑D=4A/X，其中A為流道截面積，X為流道截面周長，也就是說，截面積相等的條件下，周長越大，水力直徑越小，對流熱阻越小。
4.流速的限制
基于一份基礎研究報告，流速超過一定限值，工質會破壞金屬壁面的氧化保護膜，造成沖蝕。不同的金屬，限值不同，鋁材最好低于2m/s。因此，限定了流量之后，流道總的截面積也基本限定了。
重大福利：關注本人公眾號：新能源汽車熱管理仿真技術，回復1，免費提供starccm+基礎教程和意外驚喜。
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3. 精通相關的熱仿真分析軟件（如Flotherm、ICEPAK、Ansys）和相關的標準規范、測試設備；
4. 熟練運用AUTOCAD，ProE等軟件；
5.
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