動力電池包散熱數值仿真的案例
(干貨）新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
仿真工作環境：30℃環境溫度下放電1小時
分析模型：
放電一小時溫度截面云圖（Z方向）
放電1小時速度截面云圖（Z方向）
放電1小時速度截面云圖（Y方向）
電池放電一小時溫度分布圖
電池放電一小時溫度分布圖
仿真結論
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區間之內，少數散熱條件較好的電池區域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調整風機的風量和擺放來改善溫度的不均衡度。
積鼎流體仿真軟件VirtualFlow: 鋰電池液冷散熱數值計算
<p>電池包在運作的時候會產生大量的熱，熱會在電池包內積累，隨著車輛的使用，電池包內的部件會老化損傷，安全隱患極高，如何給電池包散熱就顯得非常重要。本文采用積鼎VirtualFlow對電芯、冷板以及冷卻液進行散熱仿真計算，分析鋰電池模組穩態散熱效果，并與Fluent軟件結果進行對比，表明VirtualFlow與Fluent計算結果的溫度偏差控制在3℃以內。</p><p><br></p><h1><strong>一、計算域與網格</strong></h1><p>固體計算域包括電芯、母排、正負極、導熱膠以及電池包外殼，流體域為液體冷卻通道。</p><div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202406/attachment/3716d76182524144ac5c6023f53ee1ca.webp" style="text-align: center"><img src="https://img.jishulink.com/202406/attachment/3716d76182524144ac5c6023f53ee1ca.webp"></figure></div><p class="ql-align-center">圖1 流體域示意圖</p><p class="ql-align-center"><br></p><p>本算例中，VIrtualFlow采用笛卡爾網格，只需要如下流體域尺寸和設置加密區域，即可自動生成網格。Fluent的網格采用FluentMeshing進行劃分，為多面體網格。
展開 干貨 | ANSYS新能源電池包散熱仿真解決方案
圖8 ECM建模流程
3.1 獲取電池充放電曲線
需要通過試驗測定單體電池的兩組特性曲線數據：
a) 開路電勢 vs SOC曲線（open circuit potential vs SOC (state of charge) ）
b) 脈沖放電情況下的瞬態電勢（transient potential under pulse discharge）
3.2 生成ECM
這個和ROM生成過程一致，基于上一步的試驗數據，在Simplorer中使用專門的ECM萃取工具生成單體電池的ECM模型。
3.3 搭建電池包電路模型
根據實際情況，將單體電池ECM模型通過串聯或并聯的方式搭建電池包的電路模型，其中還可以加入電機、電阻負載等電路元件。
3.4 在Simplorer完成電池包電路仿真
模型搭建完成之后就可以在Simplorer中進行電池包電路系統的仿真分析，得到各種電池特性曲線，其中電池的熱耗散可以作為CFD分析的熱源輸入數值，用于與ROM的耦合分析。
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新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
前言：
隨著新能源汽車市場推廣程度的逐漸深入，應用范圍不斷加大，對電池包散熱系統方案要求也越來越高。通過對電池散熱過程的熱仿真分析，可以預測電池溫度在放電過程中的變化趨勢，檢驗電池包的散熱性能，為電池箱的設計提供理論依據。
目前，市場上主流的熱仿真分析軟件為Flotherm，今天小編將通過一個電池包熱仿真實例，帶您快速了解電池散熱系統仿真分析。
分析中采用的前提和假設：
導熱率設置：
注：材料的導熱率設定，如果是單一材料部件，如外殼等，根據部件所使用的實際材料的導熱率給定；如果是復合材料部件或多種材料組合的部件，而在3D模型中是通過簡化模型繪制的，則材料導熱率，按照集總參數法，根據經驗和理論折算給定當量導熱系數，如電芯等。
功耗設置及風機選用：
單節電池的發熱量按照電流1A和內阻50mΩ確定為0.288w，電池為18650，容量2.4Ah；
風機統一為最大風量15.87m3/h，最大全壓31.33Pa的軸流風機，可以根據具體需求隨時改換。
分析方案：
仿真工作環境：30℃環境溫度下放電1小時
分析模型：
放電一小時溫度截面云圖（Z方向）：
放電1小時速度截面云圖（Z方向）：
放電1小時速度截面云圖（Y方向）：
電池放電一小時溫度分布圖1：
電池放電一小時溫度分布圖2：
仿真結論：
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區間之內，少數散熱條件較好的電池區域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調整風機的風量和擺放來改善溫度的不均衡度。
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干貨 | ANSYS新能源電池包散熱仿真解決方案
圖8 ECM建模流程
3.1 獲取電池充放電曲線
需要通過試驗測定單體電池的兩組特性曲線數據：
a) 開路電勢 vs SOC曲線（open circuit potential vs SOC (state of charge) ）
b) 脈沖放電情況下的瞬態電勢（transient potential under pulse discharge）
3.2 生成ECM
這個和ROM生成過程一致，基于上一步的試驗數據，在Simplorer中使用專門的ECM萃取工具生成單體電池的ECM模型。
3.3 搭建電池包電路模型
根據實際情況，將單體電池ECM模型通過串聯或并聯的方式搭建電池包的電路模型，其中還可以加入電機、電阻負載等電路元件。
3.4 在Simplorer完成電池包電路仿真
模型搭建完成之后就可以在Simplorer中進行電池包電路系統的仿真分析，得到各種電池特性曲線，其中電池的熱耗散可以作為CFD分析的熱源輸入數值，用于與ROM的耦合分析。
展開 電動車動力電池包的隨機振動疲勞仿真分析案例
車載動力電池包在電動汽車行駛過程中承受著振動載荷的持續作用，因此振動試驗是電池包可靠性試驗中的重要部分。動力電池包作為電動汽車的儲能裝置，在可靠性發生失效的情況下，尤其是當一些關鍵部件或結構失效（例如出現松動、斷裂等情況）時，電池單體或者模組將發生位移、晃動或者被擠壓的情況，這將進一步造成相關部件的加速損壞，導致漏電或者采樣傳感器的失效，甚至誘發電池性能衰減，管理系統失效、電能中斷或起火爆炸等情況的發生。因此動力電池包的振動試驗也與安全性緊密相關，一直是動力電池測試評價領域關注的重點。本文利用通用疲勞壽命分析軟件Alphatigue進行電池包的隨機振動疲勞分析。
1.有限元仿真模型
頻率響應分析采用MSC.Nastran求解，分析模型的殼單元采用CQUAD4和CTRIA3單元模擬，各部件之間通過RBE2進行連接，模型總計18473個單元和18622個節點，如圖1所示。
圖1 車載動力電池包的有限元模型
2.電池包隨機振動疲勞分析流程的模塊卡片組搭建
選擇Alphatigue圖形界面的方式快速搭建隨機振動疲勞分析流程，如圖2所示。一個完整的隨機振動疲勞分析流程共分為模型輸入與工況選擇、功率譜密度文件輸入和SN求解器三部分。
圖2針對電池包隨機振動疲勞分析流程的模塊卡片組
3.工況選擇
電池包有限元分析模型共包含PSHELL_1和PSHELL_2兩個Section，如圖3所示。加載位置為電池包與車體連接點位置。
展開 汽車專題第二期 |新能源汽車—電池篇（二）
本期為新能源汽車專題之電池篇，里面有優質文章、免費視頻、最新文檔，快看看有沒有大家感興趣的內容吧！
文章
1.
CAE技術在電動汽車動力電池振動疲勞性能上的應用
主要內容：電池包振動疲勞分析、輸入參數、模態與頻響、優化分析、優化設計及驗證、結論...
點擊鏈接查看內容：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1823222
2.
CAE技術在電池領域的應用
主要內容：靜剛度分析、動剛度分析、隨機振動分析、上蓋承重度分析、靜態擠壓分析、滑車試驗、碰撞安全、電池包跌落、電池包翻轉、底部球擊、電池包散熱分析...
點擊鏈接查看內容：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1823225
3.
新能源汽車與新能源電池設計中的CAE仿真技術應用
主要內容：鋰電池的散熱、電驅動系統分析、電機本體設計、EMC/EMI電磁兼容和干擾分析...
點擊鏈接查看內容：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1823227
4.
新能源汽車動力電池及其管理系統的EMC測試與整改案例
主要內容：GB/T38661-2020EMC測試解析、BMS的電磁騷擾問題及分析...
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