動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的案例
熱仿真分享 | 動(dòng)力電池PACK熱管理系統(tǒng)性能研究-STARCCM+
摘要：為延長(zhǎng)電池使用壽命，提高電池安全性，需要對(duì)電池進(jìn)行熱管理。電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)在理論分析、仿真建模、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)上開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，綜合考慮了電池產(chǎn)熱原理、產(chǎn)熱模型、發(fā)熱功率后，確定了基于液體的熱管理模式。使用CFD軟件對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，并對(duì)工程樣機(jī)熱管理有效性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
當(dāng)前，整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)蓬勃發(fā)展。電池是電動(dòng)汽車(chē)核心部件，電池的熱特性對(duì)整車(chē)性能、安全性、壽命及使用成本產(chǎn)生關(guān)鍵影響。
配置電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是改善電池組熱特性關(guān)鍵措施之一，系統(tǒng)熱管理功能包括：(1)在電池溫度較高時(shí)進(jìn)行有效散熱，防止產(chǎn)生熱失控事故；(2)在電池溫度較低時(shí)進(jìn)行預(yù)熱，提升電池溫度，確保低溫下的充放電性能和安全性；(3)減小電池組內(nèi)的溫度差異，抑制局部熱區(qū)的形成，防止高溫電池過(guò)快衰減而降低電池組整體壽命[1]。
電池?zé)峁芾?/em>按照能量提供的來(lái)源分為被動(dòng)式冷卻和主動(dòng)式冷卻，其中只利用周?chē)h(huán)境冷卻的方式為被動(dòng)式冷卻。隨著國(guó)家對(duì)電池能量密度、安全性、使用壽命以及快充要求的不斷提高，被動(dòng)式的自然冷卻技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足電池散熱要求。當(dāng)前主要的主動(dòng)式熱管理形式有空氣強(qiáng)制對(duì)流熱管理、液體熱管理、熱管熱管理和相變材料熱管理等，而液體熱管理受到越來(lái)越多廠(chǎng)商的青睞[2-4]，特別是國(guó)外車(chē)企對(duì)于液體熱管理技術(shù)研究起步早，已經(jīng)取得了一定成果，國(guó)內(nèi)還處于研究探索階段。公眾號(hào)-新能源電池?zé)峁芾?/em>。
TeslaMotors公司的Roadster純電動(dòng)汽車(chē)采用了液冷式電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。冷卻管道曲折布置在電池間，冷卻液在管道內(nèi)部流動(dòng)，傳輸電池產(chǎn)生的熱量。報(bào)告顯示在行駛約16萬(wàn)公里后，Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%～85%，而且容量衰減只與行駛里程數(shù)明顯相關(guān)，而與環(huán)境溫度、車(chē)齡關(guān)系不明顯[1,5]。
展開(kāi) 熱仿真分享 | 動(dòng)力電池PACK熱管理系統(tǒng)性能研究-STARCCM+
摘要：為延長(zhǎng)電池使用壽命，提高電池安全性，需要對(duì)電池進(jìn)行熱管理。電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)在理論分析、仿真建模、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)上開(kāi)展設(shè)計(jì)工作，綜合考慮了電池產(chǎn)熱原理、產(chǎn)熱模型、發(fā)熱功率后，確定了基于液體的熱管理模式。使用CFD軟件對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，并對(duì)工程樣機(jī)熱管理有效性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
當(dāng)前，整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)蓬勃發(fā)展。電池是電動(dòng)汽車(chē)核心部件，電池的熱特性對(duì)整車(chē)性能、安全性、壽命及使用成本產(chǎn)生關(guān)鍵影響。
配置電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是改善電池組熱特性關(guān)鍵措施之一，系統(tǒng)熱管理功能包括：(1)在電池溫度較高時(shí)進(jìn)行有效散熱，防止產(chǎn)生熱失控事故；(2)在電池溫度較低時(shí)進(jìn)行預(yù)熱，提升電池溫度，確保低溫下的充放電性能和安全性；(3)減小電池組內(nèi)的溫度差異，抑制局部熱區(qū)的形成，防止高溫電池過(guò)快衰減而降低電池組整體壽命[1]。
電池?zé)峁芾?/em>按照能量提供的來(lái)源分為被動(dòng)式冷卻和主動(dòng)式冷卻，其中只利用周?chē)h(huán)境冷卻的方式為被動(dòng)式冷卻。隨著國(guó)家對(duì)電池能量密度、安全性、使用壽命以及快充要求的不斷提高，被動(dòng)式的自然冷卻技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足電池散熱要求。當(dāng)前主要的主動(dòng)式熱管理形式有空氣強(qiáng)制對(duì)流熱管理、液體熱管理、熱管熱管理和相變材料熱管理等，而液體熱管理受到越來(lái)越多廠(chǎng)商的青睞[2-4]，特別是國(guó)外車(chē)企對(duì)于液體熱管理技術(shù)研究起步早，已經(jīng)取得了一定成果，國(guó)內(nèi)還處于研究探索階段。公眾號(hào)-新能源電池?zé)峁芾?/em>。
TeslaMotors公司的Roadster純電動(dòng)汽車(chē)采用了液冷式電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)。冷卻管道曲折布置在電池間，冷卻液在管道內(nèi)部流動(dòng)，傳輸電池產(chǎn)生的熱量。報(bào)告顯示在行駛約16萬(wàn)公里后，Roadster電池組的容量仍能維持在初始容量的80%～85%，而且容量衰減只與行駛里程數(shù)明顯相關(guān)，而與環(huán)境溫度、車(chē)齡關(guān)系不明顯[1,5]。
展開(kāi) 動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)性能試驗(yàn)方法
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)性能的試驗(yàn)方法。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于乘用車(chē)用動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，商用車(chē)用動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)可以參考。
2 規(guī)范性引用文件
下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。
GB/T 2900.41-2008 電工術(shù)語(yǔ) 原電池和蓄電池
GB/T 19596-2017 電動(dòng)汽車(chē)術(shù)語(yǔ)（ISO8713:2002,NEQ）
GB/T 31467.2電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng) 第2部分：高能量應(yīng)用測(cè)試規(guī)程
QC/T 468-2010 汽車(chē)散熱器
GB/T 18386-2017 電動(dòng)汽車(chē) 能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法
GB 18352.6-2016 輕型汽車(chē)污染物排放限制及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）
3 術(shù)語(yǔ)和定義
GB/T 2900.41-2008、GB/T 19596-2017中界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。
3.1 動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng) battery thermal managementsystem
綜合運(yùn)用各種技術(shù)手段，具備動(dòng)力電池冷卻、加熱、保溫和均溫等功能，保證動(dòng)力電池在不同環(huán)境下正常工作的系統(tǒng)。同時(shí)，該系統(tǒng)可以在動(dòng)力電池發(fā)生熱失控時(shí)提供報(bào)警信號(hào)，具備安全防護(hù)功能。通常，動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括主動(dòng)式熱管理系統(tǒng)和被動(dòng)式熱管理系統(tǒng)兩種。
3.2 被動(dòng)式熱管理系統(tǒng) passive thermal management systems
基于熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對(duì)流等熱量傳輸原理，只依靠冷卻或加熱流體因?yàn)闇囟纫蛩鼐徛鲃?dòng)自然完成熱量輸入輸出交換的熱管理系統(tǒng)。該類(lèi)系統(tǒng)通常適用于單體產(chǎn)熱量小于5W的電池。
展開(kāi) 動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)性能試驗(yàn)方法
1 范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)性能的試驗(yàn)方法。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于乘用車(chē)用動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，商用車(chē)用動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)可以參考。
2 規(guī)范性引用文件
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GB/T 2900.41-2008 電工術(shù)語(yǔ) 原電池和蓄電池
GB/T 19596-2017 電動(dòng)汽車(chē)術(shù)語(yǔ)（ISO 8713:2002,NEQ）
GB/T 31467.2電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng) 第2部分：高能量應(yīng)用測(cè)試規(guī)程
QC/T 468-2010 汽車(chē)散熱器
GB/T 18386-2017 電動(dòng)汽車(chē) 能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法
GB 18352.6-2016 輕型汽車(chē)污染物排放限制及測(cè)量方法（中國(guó)第六階段）
3 術(shù)語(yǔ)和定義
GB/T 2900.41-2008、GB/T 19596-2017中界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。
3.1 動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng) battery thermal management system
綜合運(yùn)用各種技術(shù)手段，具備動(dòng)力電池冷卻、加熱、保溫和均溫等功能，保證動(dòng)力電池在不同環(huán)境下正常工作的系統(tǒng)。同時(shí)，該系統(tǒng)可以在動(dòng)力電池發(fā)生熱失控時(shí)提供報(bào)警信號(hào)，具備安全防護(hù)功能。通常，動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)包括主動(dòng)式熱管理系統(tǒng)和被動(dòng)式熱管理系統(tǒng)兩種。
3.2 被動(dòng)式熱管理系統(tǒng) passive thermal management systems
基于熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對(duì)流等熱量傳輸原理，只依靠冷卻或加熱流體因?yàn)闇囟纫蛩鼐徛鲃?dòng)自然完成熱量輸入輸出交換的熱管理系統(tǒng)。該類(lèi)系統(tǒng)通常適用于單體產(chǎn)熱量小于5W的電池。
展開(kāi) 
基于鋰電池冷空氣通道的相變材料被動(dòng)電池熱管理系統(tǒng)的熱性能增強(qiáng)
在替代傳統(tǒng)車(chē)輛內(nèi)燃機(jī)的現(xiàn)有選擇中，電力驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力總成，包括電動(dòng)機(jī)和機(jī)電電池似乎是最有前途的。
電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)分為有源 TMS、無(wú)源 TMS 和混合 TMS。被動(dòng)熱管理系統(tǒng)，如熱管或受益于相變材料 (PCM) 的系統(tǒng)，可以在不消耗任何能量的情況下控制電池溫度。然而，它們的冷卻能力有限，這意味著它們的可靠性不能滿(mǎn)足汽車(chē)傳熱工程師的要求。另一方面，利用主動(dòng)式 TMS 可以達(dá)到更大的冷卻能力，但要達(dá)到這一目的，需要消耗大量能量。此外，創(chuàng)建均勻的溫度分布被認(rèn)為是對(duì)這些 TMS 的大膽挑戰(zhàn)。在混合動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，結(jié)合了主動(dòng)和被動(dòng)TMS的優(yōu)點(diǎn)，并試圖盡可能地由另一方的角色來(lái)彌補(bǔ)缺點(diǎn)，然而，當(dāng)前對(duì)這種電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的研究很少。
02
成果掠影
近期，伊朗科技大學(xué)汽車(chē)工程學(xué)院G.R. Molaeimanesh團(tuán)隊(duì)研究出一種混合動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)（BTMS），基于相變材料的主動(dòng)熱管理系統(tǒng)（TMS）和被動(dòng)TMS的組合(PCM) 將電池溫度保持在合適的范圍內(nèi)，同時(shí)與被動(dòng) TMS 相比具有更好的冷卻效果，并且使用比主動(dòng) TMS 更少的能量。在整個(gè)研究中，該團(tuán)隊(duì)對(duì)具有三種不同冷卻管道結(jié)構(gòu)和三種不同冷氣流壓力差的九個(gè)案例進(jìn)行了模擬和研究。結(jié)果表明，即使在最壞的情況下，溫度的升高也是安全的、可接受的，并且對(duì)于熱管理考慮來(lái)說(shuō)足夠平穩(wěn)。電池的最高溫度從未超過(guò) 314 K，顯示出所提出的混合 BTMS 的完美能力。此外，人們可以注意到入口空氣越強(qiáng)大流或通過(guò) PCM 體積的冷卻管道越長(zhǎng)，電池表面溫度越低。此外，在所有模擬情況下，電池模塊內(nèi)電池的最大溫差不超過(guò) 1.6 °C，證明了所提出的混合 BTMS 在電池組內(nèi)創(chuàng)造均勻溫度分布方面的出色能力。
展開(kāi) 一文帶你了解汽車(chē)動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)的類(lèi)型、管理方案以及發(fā)展趨勢(shì)（內(nèi)含視頻教程）
這也就是電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)存在的意義。
下方三張圖片是不同的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)展示圖例
電池?zé)峁芾?/em>風(fēng)冷系統(tǒng)
電池?zé)峁芾?/em>液冷系統(tǒng)
電池?zé)峁芾?/em>直冷系統(tǒng)
電動(dòng)汽車(chē)目前在汽車(chē)市場(chǎng)上非常常見(jiàn)，該行業(yè)正在迅速發(fā)展，現(xiàn)在高性能的動(dòng)力電池系統(tǒng)成為推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。但是伴隨著能量密度提高和放電深度增加，電池?zé)峁芾?/em>問(wèn)題逐漸凸顯。良好的熱管理方案能夠提高電池的壽命，保障電池性能，延長(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程。
動(dòng)力電池?zé)峁芾?/em>方案概述
內(nèi)置熱源型
內(nèi)置熱源型熱管理方案是通過(guò)在電池內(nèi)部集成加熱器或冷卻器，直接對(duì)電池進(jìn)行加熱或冷卻。該方案能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，但對(duì)電池結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大，且成本較高。
外置熱源型
外置熱源型熱管理方案通過(guò)在電池箱外部設(shè)置加熱器或冷卻器，采用空氣或液體進(jìn)行熱交換，再對(duì)電池進(jìn)行加熱或冷卻。該方案具有成本低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但可能會(huì)影響電池的穩(wěn)定性。
自然對(duì)流式
自然對(duì)流式熱管理方案利用電池箱內(nèi)的空氣自然對(duì)流進(jìn)行散熱。該方案成本較低，但對(duì)環(huán)境要求較高，且可能會(huì)影響電池性能。
強(qiáng)制對(duì)流式
強(qiáng)制對(duì)流式熱管理方案通過(guò)設(shè)置風(fēng)扇等設(shè)備，強(qiáng)制電池箱內(nèi)的空氣進(jìn)行對(duì)流，提高散熱效率。該方案適用于對(duì)散熱要求較高的場(chǎng)合，但需要考慮風(fēng)扇等設(shè)備的能耗和噪音問(wèn)題。
熱泵系統(tǒng)
熱泵系統(tǒng)是一種利用制冷劑在封閉系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移的高效熱管理方案。該方案具有較高的能效比，但對(duì)系統(tǒng)密封性和制冷劑選擇要求較高。
動(dòng)力電池?zé)峁芾?/em>發(fā)展趨勢(shì)
動(dòng)力電池?zé)峁芾?/em>技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是向著更高效率、?更安全、?更環(huán)保的方向發(fā)展。?
隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，?用戶(hù)對(duì)新能源汽車(chē)的續(xù)航、?快充、?安全、?壽命等維度的要求不斷提升，?這對(duì)動(dòng)力電池的性能提出了更高的要求。?
展開(kāi) 動(dòng)力電池浸沒(méi)式冷卻液的熱管理與流變動(dòng)力學(xué)研究
在充放電循環(huán)中，動(dòng)力電池內(nèi)部高能量密度的上升往往伴隨巨量熱流的產(chǎn)生。若無(wú)法及時(shí)耗散熱量，局部熱點(diǎn)的積聚不僅會(huì)加速電池老化，在極端工況下更易引發(fā)熱失控（Thermal Runaway），導(dǎo)致電池起火乃至爆炸的災(zāi)難性后果。因此，構(gòu)建高效、安全的熱管理系統(tǒng)是突破產(chǎn)業(yè)瓶頸的核心任務(wù)。
傳統(tǒng)的空氣冷卻與間接式液冷存在接觸熱阻大、溫度一致性差等物理局限。浸沒(méi)式液冷技術(shù)通過(guò)將電芯完全浸沒(méi)在絕緣冷卻液中，徹底消除了固-固接觸熱阻，實(shí)現(xiàn)了熱量的快速傳導(dǎo)與吸收，是解決局部熱點(diǎn)問(wèn)題的最佳方案。為了進(jìn)一步突破碳?xì)浠A(chǔ)液體的導(dǎo)熱極限，引入高導(dǎo)熱的金屬氧化物納米顆粒制備成納米流體（Nanofluids），成為了熱管理介質(zhì)的前沿攻關(guān)方向。
▲ 圖1 冷板液冷（a）與浸沒(méi)液冷（b）溫度均勻性對(duì)比
本研究以浸沒(méi)式冷卻液（以純碳?xì)浠A(chǔ)液為基底，分別添加納米氧化銅與納米氧化鋁顆粒）為對(duì)象，從流變動(dòng)力學(xué)與導(dǎo)熱性能的雙重維度開(kāi)展系統(tǒng)性表征與機(jī)理剖析，旨在為動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的介質(zhì)選型、流道設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐與科學(xué)驗(yàn)證方法。
原料選擇
在評(píng)估新型熱管理介質(zhì)時(shí)，基礎(chǔ)流體的理化特性及其與納米顆粒的適配性是決定宏觀(guān)性能的核心。研究團(tuán)隊(duì)選用的基礎(chǔ)液為高性能碳?xì)淅鋮s液，專(zhuān)為動(dòng)力電池及數(shù)據(jù)中心浸沒(méi)式液冷設(shè)計(jì)。為確保測(cè)試基準(zhǔn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，團(tuán)隊(duì)對(duì)其核心物理參數(shù)進(jìn)行了詳盡測(cè)量。
展開(kāi) 純電動(dòng)汽車(chē)電池熱管理技術(shù)研究
國(guó)外通常研究的是鋰電池和鎳氫電池比較多，其研究方法也大多類(lèi)似。研究鋰電池一般按照幾個(gè)模型進(jìn)行分析，分別是電化學(xué)-熱耦合模型、熱濫用模型和電-熱耦合模型，而鋰電池的熱特性分析通常使用熱濫用模型。這些研究分析模型都對(duì)應(yīng)著不同的分析范圍，不同的研究要求和研究條件就要選用不同的分析模型，這些模型的分析結(jié)果也不太相同，主要表現(xiàn)在分析結(jié)果的精度和可靠度上。混合動(dòng)力汽車(chē)為提高能源利用率，可依照運(yùn)行的策略來(lái)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的能量回收，如果電池處于一個(gè)大電流充電的狀態(tài)下，很可能會(huì)發(fā)生過(guò)充現(xiàn)象。這時(shí)，風(fēng)扇如果能帶走大部分熱量或者這種狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間不長(zhǎng)，電池包中的電池溫度不高，那么過(guò)充只有電解液的分解，這個(gè)時(shí)候電池還是安全的。可是，電池的散熱性如果不好的話(huà)，那么金屬氧化物的正極就會(huì)發(fā)生脫鋰現(xiàn)象，化學(xué)活性變強(qiáng)，電池溫度繼續(xù)升高，如果持續(xù)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)使電池發(fā)生熱失控。
2 動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)要求
動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先需考慮電池包適宜工作范圍，廣泛應(yīng)用的鋰離子電池正常工作溫度范圍為充電情況下0-55℃，放電情況下-20℃-60℃，最佳充放電溫度范圍為20℃-35℃，電池處于最佳溫度充放電時(shí)可使電池性能最優(yōu)及循環(huán)壽命最大化，且能有效的避免電池?zé)?/em>失控問(wèn)題。確定動(dòng)力電池系統(tǒng)最佳溫度范圍后，現(xiàn)階段純電動(dòng)汽車(chē)大多采用液冷結(jié)構(gòu)，根據(jù)整車(chē)需求進(jìn)行熱管理系統(tǒng)匹配選型，同時(shí)參照動(dòng)力電池系統(tǒng)工作需求，制定系統(tǒng)工作閾值，其中環(huán)境溫度的影響可根據(jù)實(shí)際電池的散熱需求調(diào)節(jié)，制定電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)最佳控制模式。
展開(kāi) 基于Star-CCM+動(dòng)力電池液冷系統(tǒng)熱管理仿真完整攻略
由于動(dòng)力電池系統(tǒng)所處環(huán)境及自身溫度直接影響其正常運(yùn)行、循環(huán)壽命、充電可接受性、輸出功率、可用能量、安全性和可靠性，為了使電池系統(tǒng)達(dá) 到最佳的性能和壽命，需要通過(guò)引入熱管理系統(tǒng)對(duì)電池進(jìn)行低溫加熱、高溫散熱 以及保溫管理，限制電池的溫升以及溫差，從而實(shí)現(xiàn)電池組溫度均勻化，保證電 池工作在適宜的溫度范圍內(nèi)，降低電池性能衰減速度并消除相關(guān)的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)熱管理系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，使動(dòng)力電池在運(yùn)行過(guò)程中始終保持在合 適的溫度范圍，對(duì)提高動(dòng)力電池系統(tǒng)的性能和效率，延長(zhǎng)其使用壽命，降低電動(dòng) 車(chē)輛的成本，保障電動(dòng)車(chē)輛的安全使用等方面都有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)
四、動(dòng)力電池如何進(jìn)行液冷散熱
眾所周知，動(dòng)力電池的液冷散熱過(guò)程是一個(gè)高效且精密的熱管理技術(shù)。首先，導(dǎo)熱液被注入電池模塊之間的空隙中。這些導(dǎo)熱液具有優(yōu)秀的熱傳導(dǎo)性能，能夠迅速吸收電池產(chǎn)生的熱量。隨后，導(dǎo)熱液中的熱能經(jīng)過(guò)熱管高效地傳輸至散熱器處。熱管是一種利用熱傳導(dǎo)原理的高效傳熱元件，它能夠?qū)崃繌囊欢丝焖賯鬟f到另一端，從而實(shí)現(xiàn)熱量的遠(yuǎn)距離傳輸。
圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)
散熱器則負(fù)責(zé)將熱量釋放到外界空氣中，通過(guò)散熱片增大散熱面積，利用風(fēng)扇等輔助設(shè)備加速空氣流動(dòng)，從而提高散熱效率。這樣，動(dòng)力電池產(chǎn)生的熱量就能夠被有效地散發(fā)出去，保持電池溫度的穩(wěn)定。
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與傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)相比，液冷技術(shù)具有更高的散熱效率和更低的噪音污染。由于導(dǎo)熱液在集成電路封裝的微小空隙中能有效地進(jìn)行傳熱，液冷技術(shù)在熱量管理方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。此外，液冷技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電池溫度的精確控制，提高電池的使用壽命和安全性。
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目前，各大汽車(chē)廠(chǎng)商都在積極使用和研究動(dòng)力電池液冷技術(shù)，以應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的散熱需求。
展開(kāi) 汽車(chē)鋰電池熱失控與熱管理全新解決方案及新能源電控系統(tǒng)優(yōu)化方案介紹【8月8日直播】
*精彩直播預(yù)告
鋰電池作為主要動(dòng)力電源之一已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，因其高能量的特點(diǎn)，預(yù)防電池?zé)?/em>失控進(jìn)行電池?zé)峁芾?/em>控制一直是被企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。為了保證鋰電池的最佳性能、安全性和使用壽命，鋰電池必須在特定的溫度范圍內(nèi)工作，而如何有效的預(yù)防鋰電池?zé)?/em>失控進(jìn)行熱管理是企業(yè)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。海克斯康工業(yè)軟件旗下的Cradle CFD軟件可以為電池?zé)?/em>失控和熱管理提供全新解決方案。
Cradle CFD軟件具備鋰電池的簡(jiǎn)易平衡模型，同時(shí)還具備詳細(xì)電化學(xué)P2D模型，可以對(duì)單電池以及整體電池包進(jìn)行熱仿真。針對(duì)電池?zé)?/em>失控問(wèn)題，現(xiàn)有1D-3D耦合方法計(jì)算量大、輸入?yún)?shù)多、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題存在，Cradle CFD軟件開(kāi)發(fā)了新的電池組的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停梢越o工程師提供高效的工作流程，快速計(jì)算開(kāi)發(fā)出強(qiáng)大的鋰電池產(chǎn)品。
本期海克斯康直播講堂請(qǐng)到了流體仿真專(zhuān)家李晶博士為我們?cè)敿?xì)講解鋰電池?zé)?/em>失控和熱管理全新解決方案，同時(shí)幫助用戶(hù)了解并結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化新能源電控系統(tǒng)解決方案，最后傳遞IGBT等快速傳熱分析所用的BCI-ROM新方法，超多干貨，精彩不容錯(cuò)過(guò)！
8月8日 14:00
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直播內(nèi)容聚焦
?? 電池整體解決方案：
解決多尺度問(wèn)題
解決多物理場(chǎng)問(wèn)題
?? 電池?zé)?/em>安全解決方案；
?? BCI-ROM解決方案。
展開(kāi) 動(dòng)力電池熱管理仿真分析教程
自2019年10月10日起，我將在平臺(tái)發(fā)布《新能源汽車(chē)PACK熱流場(chǎng)分析進(jìn)階16講》。
當(dāng)前我已經(jīng)更新到第15期，感興趣的朋友可以關(guān)注和訂閱，微信：fxy331386375或加動(dòng)力電池交流群：701157725
一起交流學(xué)習(xí)和進(jìn)步本人提供資料模型和學(xué)習(xí)答疑，希望對(duì)學(xué)習(xí)型工程師有所幫助吧！學(xué)習(xí)鏈接https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14059
一、為什么要做汽車(chē)熱流場(chǎng)仿真分析
動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)的能量來(lái)源，在充放電過(guò)程中電池本身會(huì)產(chǎn)生一定熱量，從而導(dǎo)致溫度上升，而溫度升高會(huì)影響電池的很多特性參數(shù)，如內(nèi)阻、電壓、SOC、可用容量、充放電效率和電池壽命。高溫將大大降低電池的日歷壽命，從而影響到整車(chē)的性能和使用壽命。溫度過(guò)低也會(huì)使得動(dòng)力電池容量下降，充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而影響電動(dòng)車(chē)的性能。
鋰電池Pack設(shè)計(jì)中往往會(huì)借助熱流體仿真分析來(lái)輔助工程師完成pack熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，
借助熱流體仿真分析工具，大部分的Pack熱管理設(shè)計(jì)工作和部分測(cè)試工作都可以在電腦上完成。大量的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試工作可以被省略，Pack設(shè)計(jì)的成本也會(huì)大幅度下降。
本課程案例：基于目前市場(chǎng)上主流的動(dòng)力電池的熱管理設(shè)計(jì)都是采用液冷設(shè)計(jì)，本案列以采用液冷的方式對(duì)新能動(dòng)力電池進(jìn)行液冷或液熱，以ANSYS-SCDM軟件做為電池包PACK建模的前處理器，以STAR-CCM+軟件作為液冷系統(tǒng)流場(chǎng)仿真和PACK熱場(chǎng)仿真的求解器，建立了液冷系統(tǒng)流場(chǎng)仿真和PACK熱場(chǎng)仿真分析模型，最終實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力電池在低溫停車(chē)加熱工況，常溫行車(chē)、高溫行車(chē)工況PACK內(nèi)部電池溫度變化情況，提出合理的對(duì)仿真結(jié)果評(píng)估的方法
本課程不僅僅是關(guān)于動(dòng)力仿真流程學(xué)習(xí)課程，同時(shí)也是對(duì)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池?zé)峁芾?/em>技術(shù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)分享課程。
展開(kāi) 
關(guān)于新能源車(chē)型電池包熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的幾個(gè)影響因素
1 熱管理的意義
隨著傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)所造成的環(huán)境問(wèn)題以及石油資源的緊缺情況日益突出，國(guó)家陸續(xù)推出相關(guān)政策的大力推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)?近些年電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展迅猛，產(chǎn)銷(xiāo)規(guī)模日益擴(kuò)大?其中動(dòng)力電池技術(shù)作為電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的瓶頸，在電池技術(shù)上尋求突破是各大汽車(chē)廠(chǎng)商的共同目標(biāo)?
目前主流的動(dòng)力電池主要為鎳基電池和鋰電池?其中鋰電池(磷酸鐵鋰?三元鋰等)具有能量密度高?無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，十分適合乘用車(chē)的使用需求，因而是目前各廠(chǎng)商的第一選擇?然而，鋰電池的放電性能具有較高的溫度敏感度，在0~40℃區(qū)域，電池的放電性能與使用壽命均較為穩(wěn)定，一旦超過(guò)了這個(gè)區(qū)間，電池的容量和壽命都會(huì)大打折扣?因此在電池充放電過(guò)程，需要盡可能將電池電芯溫度控制在0~40℃區(qū)域?
由于電動(dòng)汽車(chē)消耗能量較大，往往需要由數(shù)百節(jié)乃至數(shù)千節(jié)電芯通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)組合在一起，形成動(dòng)力電池包進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存?因此每一節(jié)電芯的溫度都需要得到控制?
目前鋰電池的生產(chǎn)一致性依然不夠高，即使同樣的材料?生產(chǎn)工藝和批次生產(chǎn)出來(lái)的電池，其放電的能力以及放電過(guò)程產(chǎn)生的熱量均有差距?因此現(xiàn)階段的鋰電池電動(dòng)汽車(chē)，必須建立良好的熱管理系統(tǒng)，以保證電池包各單體電芯的性能一致性?工作穩(wěn)定性?耐久可靠性?
電池?zé)峁芾?/em>(Battery Thermal Management)，主要指根據(jù)電池的電化學(xué)特性以及產(chǎn)熱機(jī)理，對(duì)動(dòng)力電池各電芯的溫度進(jìn)行控制，以讓動(dòng)力電池時(shí)刻在最佳溫度范圍工作?
電池?zé)峁芾?/em>的主要功能包括:
①準(zhǔn)確地測(cè)量和監(jiān)控電池的溫度;
②在電池溫度較高時(shí)對(duì)電池進(jìn)行散熱;
③在電池溫度較低時(shí)對(duì)電池進(jìn)行預(yù)熱?
電池?zé)峁芾?/em>對(duì)于目前電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的能量釋放性能以及使用安全性具有極其重要的意義，因此動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是電池組良好運(yùn)行的保證?要驗(yàn)證熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否可靠的，可以通過(guò)虛擬仿真分析?部件級(jí)耐久可靠性試驗(yàn)以及整車(chē)級(jí)耐久可靠性試驗(yàn)等方法來(lái)進(jìn)行
展開(kāi) 新能源車(chē)型電池包熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的幾個(gè)影響因素
1 熱管理的意義
隨著傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)所造成的環(huán)境問(wèn)題以及石油資源的緊缺情況日益突出，國(guó)家陸續(xù)推出相關(guān)政策的大力推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)?近些年電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展迅猛，產(chǎn)銷(xiāo)規(guī)模日益擴(kuò)大?其中動(dòng)力電池技術(shù)作為電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的瓶頸，在電池技術(shù)上尋求突破是各大汽車(chē)廠(chǎng)商的共同目標(biāo)?
目前主流的動(dòng)力電池主要為鎳基電池和鋰電池?其中鋰電池(磷酸鐵鋰?三元鋰等)具有能量密度高?無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，十分適合乘用車(chē)的使用需求，因而是目前各廠(chǎng)商的第一選擇?然而，鋰電池的放電性能具有較高的溫度敏感度，在0~40℃區(qū)域，電池的放電性能與使用壽命均較為穩(wěn)定，一旦超過(guò)了這個(gè)區(qū)間，電池的容量和壽命都會(huì)大打折扣?因此在電池充放電過(guò)程，需要盡可能將電池電芯溫度控制在0~40℃區(qū)域?
由于電動(dòng)汽車(chē)消耗能量較大，往往需要由數(shù)百節(jié)乃至數(shù)千節(jié)電芯通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)組合在一起，形成動(dòng)力電池包進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存?因此每一節(jié)電芯的溫度都需要得到控制?
目前鋰電池的生產(chǎn)一致性依然不夠高，即使同樣的材料?生產(chǎn)工藝和批次生產(chǎn)出來(lái)的電池，其放電的能力以及放電過(guò)程產(chǎn)生的熱量均有差距?因此現(xiàn)階段的鋰電池電動(dòng)汽車(chē)，必須建立良好的熱管理系統(tǒng)，以保證電池包各單體電芯的性能一致性?工作穩(wěn)定性?耐久可靠性?
電池?zé)峁芾?/em>(Battery Thermal Management)，主要指根據(jù)電池的電化學(xué)特性以及產(chǎn)熱機(jī)理，對(duì)動(dòng)力電池各電芯的溫度進(jìn)行控制，以讓動(dòng)力電池時(shí)刻在最佳溫度范圍工作?
電池?zé)峁芾?/em>的主要功能包括:
①準(zhǔn)確地測(cè)量和監(jiān)控電池的溫度;
②在電池溫度較高時(shí)對(duì)電池進(jìn)行散熱;
③在電池溫度較低時(shí)對(duì)電池進(jìn)行預(yù)熱?
電池?zé)峁芾?/em>對(duì)于目前電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的能量釋放性能以及使用安全性具有極其重要的意義，因此動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是電池組良好運(yùn)行的保證?要驗(yàn)證熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否可靠的，可以通過(guò)虛擬仿真分析?部件級(jí)耐久可靠性試驗(yàn)以及整車(chē)級(jí)耐久可靠性試驗(yàn)等方法來(lái)進(jìn)行
展開(kāi) 動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)組成及其設(shè)計(jì)流程
3、空/水混合冷卻型電池包
以下模型為空/水混合冷卻型電池?zé)峁芾?/em>及整車(chē)熱管理模型，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了不同季節(jié)、不同車(chē)況的熱管理仿真，并結(jié)合控制策略，研究了不同檔位的采暖和電池加熱工況以及純加熱工況，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制策略?xún)?yōu)化提供了重要依據(jù)。
最后小編想說(shuō)電池的溫度直接影響了電池的安全性，因此電池的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究是電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的工作之一。必須嚴(yán)格按照電池的熱管理設(shè)計(jì)流程、電池的熱管理系統(tǒng)及零部件類(lèi)型、熱管理系統(tǒng)的零部件選型及熱管理系統(tǒng)的性能評(píng)估等多個(gè)方面來(lái)進(jìn)行電池系統(tǒng)熱管理的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，才能保證電池的性能和安全性。
來(lái)源：電動(dòng)知家
展開(kāi) 文獻(xiàn)速覽第3期-動(dòng)力電池熱管理
一種直接液冷與強(qiáng)制風(fēng)冷相結(jié)合的新型鋰離子電池模組熱管理系統(tǒng)[J ] . 應(yīng)用熱工程。
總結(jié)：團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新型混合電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，將直接液體冷卻與強(qiáng)制空氣冷卻相結(jié)合。電池外部設(shè)計(jì)有夾套，電池殼與夾套之間填充液態(tài)冷卻劑，形成直接冷卻效果。通過(guò)數(shù)值模擬分析電池與液冷套之間的間隙間距、冷卻管路數(shù)量、液體流速和風(fēng)扇位置對(duì)冷卻效果的影響，以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明，當(dāng)前熱管理系統(tǒng)的最佳配置是電池與液冷夾套之間的間距為5mm、雙管道液冷結(jié)構(gòu)以及液體冷卻劑和空氣平行流動(dòng)，液體最佳流速為0.002 kg/s，空氣流速應(yīng)小于0.4 m/s，以節(jié)省所需能量。該電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)在電池4C放電倍率下獲得了良好的散熱效果。BTMS的新穎之處在于其冷卻效率高，可用于在高速率工況下冷卻電池組。直接液冷方式具有滅火功能，有利于電動(dòng)車(chē)火災(zāi)的預(yù)防。
抽象的： 鋰離子電池的安全性、壽命和性能與其工作溫度密切相關(guān)。電池在工作時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。因此，需要一個(gè)熱管理系統(tǒng)來(lái)冷卻電池。這項(xiàng)工作開(kāi)發(fā)了一種新型混合電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，將直接液體冷卻與強(qiáng)制空氣冷卻相結(jié)合。電池外部設(shè)計(jì)有夾套，電池殼與夾套之間填充液態(tài)冷卻劑，形成直接冷卻效果。通過(guò)數(shù)值模擬分析電池與液冷套之間的間隙間距、冷卻管路數(shù)量、液體流速和風(fēng)扇位置對(duì)冷卻效果的影響，以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明，當(dāng)前熱管理系統(tǒng)的最佳配置是電池與液冷夾套之間的間距為5毫米、雙管道液冷結(jié)構(gòu)以及液體冷卻劑和空氣水平平行流動(dòng)。確定液體最佳流速為0.002 kg/s，空氣流速應(yīng)小于0.4 m/s，以節(jié)省所需能量。該電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)在電池4C放電倍率下獲得了良好的散熱效果。BTMS的新穎之處在于其冷卻效率高，可用于在高速率工況下冷卻電池組。直接液冷方式具有滅火功能，有利于電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)的預(yù)防。雙管路液冷結(jié)構(gòu)，液冷與空氣水平平行流動(dòng)。
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