ansys電池?zé)岱抡?/h1> 關(guān)注 創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-07
ansys電池?zé)岱抡娴囊曨l教程
動力電池熱管理CFD仿真進(jìn)階25講-SCDM和STAR-CCM+在動力電池熱仿真應(yīng)用
7、掌握動力電池?zé)?/em>流場仿真結(jié)果后處理的方法，以及評估動力電池?zé)?/em>管理的方法，能夠正確解讀電池流場仿真和熱仿真結(jié)果，并提出合理的結(jié)構(gòu)和充放電策略改進(jìn)建議； 本課程基于目前市場上主流的動力電池的熱管理設(shè)計都是采用液冷設(shè)計，本案列以采用液冷的方式對新能動力電池進(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)流場仿真和PACK熱場仿真的求解器，
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Altair電池包解決方案系列研討會之電池熱-電耦合和熱失控仿真
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Starccm儲能風(fēng)冷/液冷系統(tǒng)熱管理設(shè)計策略與仿真-十二大專題電池儲能熱管理設(shè)計仿真入門進(jìn)階45講
通過課程的學(xué)習(xí)讓你從一個剛剛畢業(yè)的小白，從入門到進(jìn)階學(xué)習(xí)到熱管理設(shè)計方法和熱管理仿真的方法，讓你全方位熱管理工程師，學(xué)習(xí)完課程可以達(dá)到獨(dú)立承擔(dān)項目水平。 課程介紹： 電池?zé)?/em>管理的基本知識:包括鋰電池的工作原理，溫度對電池影響，電池發(fā)熱量獲取方式，傳熱的基本方式，為什么需要電池?zé)?/em>管理，熱管理具體開發(fā)什么內(nèi)容等？
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ansys電池?zé)岱抡娴膶?shí)例教程
太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并可儲存起來。將多塊太陽能電池板排列成陣列，并隨太陽光線方向改變朝向，有助于最大限度地吸收可用的太陽能。
在仿真案例中，將一個簡單的球體放置在典型的硅材料太陽能電池板上方，指示了穩(wěn)態(tài)下到達(dá)板面的熱流密度以及表面的溫度分布。這里不考慮電池板表面的自由對流，僅研究輻射效應(yīng)。
目標(biāo)
觀察由于一個發(fā)熱物體的輻射作用，太陽能電池板上的熱流密度和溫度分布。
步驟
1. 打開 Ansys Workbench，創(chuàng)建一個穩(wěn)態(tài)熱分析系統(tǒng)（Steady State Thermal Analysis system）。
2. 定義材料屬性。大多數(shù)太陽能電池板由硅制成，此處僅作演示使用硅材料。球體采用鋼材作為材料，用以表示熱源。
3. 導(dǎo)入模型，其外觀如圖1所示。
圖1：太陽能電池板與熱源
4. 為幾何模型賦予材料屬性。
5. 對球體施加10000W/m3 的內(nèi)部熱生成，用以表示發(fā)熱物體；然后在球體表面與太陽能電池板上表面之間定義表面對表面輻射，使熱量通過輻射在這兩個表面之間傳遞，如圖2所示。發(fā)射率取值為0.7，假設(shè)太陽能電池板頂部未覆蓋玻璃蓋板，該值可在0.7至0.95之間變化。環(huán)境溫度設(shè)為220°C。
圖2：內(nèi)部熱生成與輻射邊界條件
6. 對于輻射問題，設(shè)置子步有助于收斂。在分析設(shè)置詳情中定義子步，如圖3所示。
圖3：為分析定義的子步
7. 采用線性網(wǎng)格對模型進(jìn)行劃分并求解分析。得到的太陽能電池板表面的熱流密度矢量圖和溫度分布如圖4和圖5所示。
展開 本次系列直播將帶大家了解Ansys在Fluent、LS-DYNA、電池?zé)?/em>、噪聲、電子設(shè)計、光學(xué)...等方面的創(chuàng)新技術(shù)及應(yīng)用案例，由多位原廠專家講解，相關(guān)行業(yè)的工程設(shè)計師們都可以來觀看學(xué)習(xí)哦~
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展開 ?本文基于對單體鋰離子電池?zé)?/em>物理參數(shù)計算得出的數(shù)據(jù),與實(shí)驗測溫數(shù)據(jù)相擬合,建立電池三維熱模型,并使用ICEM CFD,ANSYS Fluent等軟件進(jìn)行仿真處理?通過該研究得出以下結(jié)論:
單體電池在不受外界條件干擾的前提下,在對其1C恒流放電的過程中趨于穩(wěn)定,并運(yùn)用物理公式推算出比熱容,發(fā)熱功率等熱物理參數(shù),為儲能型電池的熱研究提供理論依據(jù)?
基于ICEM CFD繪制質(zhì)量較好的結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格,結(jié)合ANSYS Fluent軟件進(jìn)行仿真,模擬出電池在1C放電倍率下的溫度分布情況,并與實(shí)測電池升溫作對比,得出最高溫度誤差為0.77°C,平均誤差為0.44°C,反映了熱仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性,為后續(xù)儲能型電池的熱管理研究打下理論基礎(chǔ)?
文章來源易貿(mào)AUTO行家
展開 摘要：為延長電池使用壽命，提高電池安全性，需要對電池進(jìn)行熱管理。電動汽車動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)在理論分析、仿真建模、實(shí)驗驗證基礎(chǔ)上開展設(shè)計工作，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軟件對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，并對工程樣機(jī)熱管理有效性進(jìn)行了實(shí)驗驗證。
當(dāng)前，整個電動汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展。電池是電動汽車核心部件，電池的熱特性對整車性能、安全性、壽命及使用成本產(chǎn)生關(guān)鍵影響。
配置電池?zé)?/em>管理系統(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，防止高溫電池過快衰減而降低電池組整體壽命[1]。
電池?zé)?/em>管理按照能量提供的來源分為被動式冷卻和主動式冷卻，其中只利用周圍環(huán)境冷卻的方式為被動式冷卻。隨著國家對電池能量密度、安全性、使用壽命以及快充要求的不斷提高，被動式的自然冷卻技術(shù)已經(jīng)不能滿足電池散熱要求。當(dāng)前主要的主動式熱管理形式有空氣強(qiáng)制對流熱管理、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越多廠商的青睞[2-4]，特別是國外車企對于液體熱管理技術(shù)研究起步早，已經(jīng)取得了一定成果，國內(nèi)還處于研究探索階段。公眾號-新能源電池?zé)?/em>管理。
TeslaMotors公司的Roadster純電動汽車采用了液冷式電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)。冷卻管道曲折布置在電池間，冷卻液在管道內(nèi)部流動，傳輸電池產(chǎn)生的熱量。報告顯示在行駛約16萬公里后，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、車齡關(guān)系不明顯[1,5]。
展開 摘要：為延長電池使用壽命，提高電池安全性，需要對電池進(jìn)行熱管理。電動汽車動力電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)在理論分析、仿真建模、實(shí)驗驗證基礎(chǔ)上開展設(shè)計工作，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軟件對所設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，并對工程樣機(jī)熱管理有效性進(jìn)行了實(shí)驗驗證。
當(dāng)前，整個電動汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展。電池是電動汽車核心部件，電池的熱特性對整車性能、安全性、壽命及使用成本產(chǎn)生關(guān)鍵影響。
配置電池?zé)?/em>管理系統(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，防止高溫電池過快衰減而降低電池組整體壽命[1]。
電池?zé)?/em>管理按照能量提供的來源分為被動式冷卻和主動式冷卻，其中只利用周圍環(huán)境冷卻的方式為被動式冷卻。隨著國家對電池能量密度、安全性、使用壽命以及快充要求的不斷提高，被動式的自然冷卻技術(shù)已經(jīng)不能滿足電池散熱要求。當(dāng)前主要的主動式熱管理形式有空氣強(qiáng)制對流熱管理、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越多廠商的青睞[2-4]，特別是國外車企對于液體熱管理技術(shù)研究起步早，已經(jīng)取得了一定成果，國內(nèi)還處于研究探索階段。公眾號-新能源電池?zé)?/em>管理。
TeslaMotors公司的Roadster純電動汽車采用了液冷式電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)。冷卻管道曲折布置在電池間，冷卻液在管道內(nèi)部流動，傳輸電池產(chǎn)生的熱量。報告顯示在行駛約16萬公里后，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、車齡關(guān)系不明顯[1,5]。
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ansys電池?zé)岱抡娴淖钚聝?nèi)容
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
從智能手機(jī)的熱交互、緊湊外殼內(nèi)的高功率電路板散熱，到極端天氣下的工業(yè)設(shè)備耐候性等復(fù)雜現(xiàn)實(shí)場景，通過熱仿真技術(shù)，工程師能夠精準(zhǔn)預(yù)測設(shè)計在不同溫度場景下的行為，深刻理解熱能如何影響產(chǎn)品的效率、可靠性與安全性，從而在研發(fā)早期快速調(diào)整設(shè)計方案，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最佳性能表現(xiàn)。
Ansys應(yīng)用類系列網(wǎng)絡(luò)研討會——熱仿真系列專題已上線，將重點(diǎn)介紹 Ansys 多款求解器矩陣在電子散熱、電熱耦合及復(fù)雜熱管理問題中的實(shí)際應(yīng)用
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并可儲存起來。將多塊太陽能電池板排列成陣列，并隨太陽光線方向改變朝向，有助于最大限度地吸收可用的太陽能。
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目標(biāo)
觀察由于一個發(fā)熱物體的輻射作用，太陽能電池板上的熱流密度和溫度分布。
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微電子元件是冷卻系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵鏈路。由于反復(fù)接通和斷開電源，微電子元件受
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到熱循環(huán)的作用，因此，焊點(diǎn)處出現(xiàn)裂紋，斷開了芯片與印刷電路板的連接，從而導(dǎo)
</div><div contenteditable
表面貼裝制造被廣泛用于組裝片式電阻封裝，能夠?qū)㈦娮釉苯淤N裝在印刷電路板（PCB）的表面。對更小的手持設(shè)備不斷增長的需求促使片式電阻器尺寸更小，這反過來又引發(fā)了對焊點(diǎn)熱疲勞壽命以及故障發(fā)生情況的擔(dān)憂。
表面貼片電阻會受到熱循環(huán)的影響。材料之間的熱膨脹差異會在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生熱應(yīng)力，
連接電阻與印刷電路板的焊料被視為裝配中最薄弱的環(huán)節(jié)，由于工作溫度高于焊料的
熔點(diǎn)，因此會產(chǎn)生稱為蠕變的變形
攪拌摩擦焊（FSW）是一種固態(tài)焊接技術(shù)，用于金屬的連接，無需填充材料。一個圓柱形旋轉(zhuǎn)工具插入牢固夾緊的工件中，并沿著待焊縫移動。隨著工具沿焊縫移動，工具肩部與工件之間的摩擦產(chǎn)生熱量。工件材料的塑性變形也會產(chǎn)生額外的熱量。產(chǎn)生的熱量使工件材料熱軟化。工具的移動使軟化的工件材料從前部流向工具后部并在此處凝固。隨著冷卻，兩塊板之間形成一個連續(xù)的固體焊縫。整個過程中不會發(fā)生熔化，產(chǎn)生的溫度始終低于所連接金屬的固相線溫度
絕緣柵雙極性晶體管模塊（IGBT模塊）因其能夠承受高電壓、導(dǎo)通強(qiáng)電流，同時快速切換兩種模式，成為大功率系統(tǒng)的熱門選擇。
該模塊由多個安裝在銅底板頂部的IGBT芯片組成，底部配有散熱器。在模塊中，電流因電阻損耗而產(chǎn)生熱量，這也被稱為焦耳熱。雖然散熱器以相對恒定的速率散熱，但模塊的開關(guān)以及隨后電流密度和熱源的增減會導(dǎo)致模塊以循環(huán)的方式加熱和冷卻。這種反復(fù)的熱膨脹和機(jī)械變形會導(dǎo)致機(jī)械疲勞[1]，
用于仿真的幾何形狀包含一個單元的耦合組件，以及一段連接到電源的
槽間母線板。它由陽極頂部和四個中心柱組成，柱上固定著銅棒和銅條。
施加直流電流及溫度，以及對流散熱等邊界條件。
DC-Link 薄膜電容是電動汽車電驅(qū)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，在反復(fù)充放電的過程中會導(dǎo)致電容發(fā)熱，影響其使用壽命。
本文基于ANSYS 仿真軟件對某型號DC-Link 薄膜電容器進(jìn)行溫度場分析，結(jié)果表明，在
高溫環(huán)境中，電容器芯子中心處為溫度最高點(diǎn)，而配備散熱器后，最高溫度點(diǎn)轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)離散熱器的外殼處，散熱器能顯著降低芯子溫度。
1.基于某款實(shí)際電容產(chǎn)品簡化的3D模型
