電池包熱仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：ALTAIR 創(chuàng)建時(shí)間：2023-05-22
電池包熱仿真的視頻教程
新能源汽車電池包熱管理及熱仿真分析案例應(yīng)用解析
主講新能源汽車電池包熱管理及熱仿真開發(fā)流程中涉及到的相關(guān)仿真問題 主要包含 1、電池包幾何前處理（風(fēng)冷電池包幾何前處理、液冷電池包幾何前處理、圓柱電池包幾何前處理、軟包電池幾何前處理）講解，主體講解電池包各大系統(tǒng)在不同仿真應(yīng)用中的簡化方法，涵蓋風(fēng)冷、液冷、圓柱、軟包、方形鋁殼等不同方案的組合電池包。依據(jù)仿真需求對電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，合理合適的簡化。
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新能源電池包熱管理分析技術(shù)講解
1首先介紹鋰電池基礎(chǔ)知識及特性 2介紹鋰電池生熱機(jī)理，掌握生熱速率的計(jì)算方法，并用于計(jì)算 3了解常見傳熱方式，掌握軟件傳熱部分的使用方法 4掌握不同冷卻方案的數(shù)值模擬方法 5學(xué)會電池包的簡化思路和網(wǎng)格劃分方法 6掌握多參數(shù)的材料屬性設(shè)置方法 7明白如何基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完成對多工況下的電池包熱管理仿真分析設(shè)置 8基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理 9通過多相流模擬冷卻裝置的工作效果
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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
Altair電池包解決方案系列研討會之電池?zé)?/em>-電耦合和熱失控仿真 1.SimLab Battery Solution 介紹； 2.電池包熱模型建模； 3.電池包熱管理和熱失控仿真。
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電池包熱仿真的實(shí)例教程
在國家節(jié)能環(huán)保的號召下，電動汽車越來越普及，廠商們在電池包的設(shè)計(jì)上下足了功夫，而電池包熱管理對性能和安全更是起著決定性的作用。
電池的熱管理是電池管理系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是通過冷卻系統(tǒng)和熱電阻加熱裝置使電池溫度處于正常工作溫度范圍。電池?zé)?/em>管理系統(tǒng)的功能主要包括：
1）電池溫度的準(zhǔn)確測量和監(jiān)控；
2）有效的散熱和降溫功能；
3）低溫條件下的快速加熱，使得電池系統(tǒng)處于正常運(yùn)行的溫度范圍；
4）保證電池組溫度的均勻分布，降低單體電池溫度差異性。
熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)是根據(jù)整車典型的運(yùn)行工況和鋰離子電池的發(fā)熱功率，選擇合適的熱管理方式，基于電池的溫度特性合理設(shè)計(jì)熱管理策略，保證電池包內(nèi)各個電池都工作在合理溫度范圍內(nèi)，同時(shí)盡量維持電池包內(nèi)各個電池及電池模組之間的溫度均勻性。
在多種條件限制下，平衡協(xié)調(diào)電池包各性能指標(biāo)，尋求更優(yōu)的電池包熱設(shè)計(jì)，對電池包進(jìn)行熱仿真分析必不可少。
下面就為大家介紹一個強(qiáng)迫風(fēng)冷熱仿真案例，看看該如何進(jìn)行電池包熱仿真。
展開 圓柱電池（cylindrical cell）技術(shù)成熟，成本低，單體一致性較好，在新能源車中得到廣泛應(yīng)用。最具代表性的車型，特斯拉 Model3，總共有 4416 顆 21700 型圓柱電池單體。
Model3 的電池包拆解圖
圓柱電芯單體是由多層材料組成，每個電芯在半徑方向和高度方向?qū)嵝阅懿顒e較大。在電池包熱仿真模型中，不太可能對單個電芯進(jìn)行詳細(xì)建模，通常簡化為均勻的固體，要求定義各向異性的熱屬性。如果手動來定義，那么數(shù)百個電芯都要創(chuàng)建各自的圓柱坐標(biāo)系 (RTZ)，頗為麻煩。
圓柱電芯拆解圖
使用 SimLab 實(shí)現(xiàn)
圓柱電芯的熱屬性批量定義
在 Altair SimLab? 中不僅可以處理復(fù)雜的裝配體 CFD 網(wǎng)格，而且可以利用 Python 腳本輕松實(shí)現(xiàn)圓柱電芯的熱屬性批量定義。
展開 新能源電池包散熱系統(tǒng)CAE仿真實(shí)例
前言：
隨著新能源汽車市場推廣程度的逐漸深入，應(yīng)用范圍不斷加大，對電池包散熱系統(tǒng)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(yù)測電池溫度在放電過程中的變化趨勢，檢驗(yàn)電池包的散熱性能，為電池箱的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
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(shí)例，帶您快速了解電池散熱系統(tǒng)仿真分析。
分析中采用的前提和假設(shè)：
導(dǎo)熱率設(shè)置：
注：材料的導(dǎo)熱率設(shè)定，如果是單一材料部件，如外殼等，根據(jù)部件所使用的實(shí)際材料的導(dǎo)熱率給定；如果是復(fù)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(dǎo)熱率，按照集總參數(shù)法，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和理論折算給定當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，如電芯等。
功耗設(shè)置及風(fēng)機(jī)選用：
單節(jié)電池的發(fā)熱量按照電流1A和內(nèi)阻50mΩ確定為0.288w，電池為18650，容量2.4Ah；
風(fēng)機(jī)統(tǒng)一為最大風(fēng)量15.87m3/h，最大全壓31.33Pa的軸流風(fēng)機(jī)，可以根據(jù)具體需求隨時(shí)改換。
分析方案：
仿真工作環(huán)境：30℃環(huán)境溫度下放電1小時(shí)
分析模型：
放電一小時(shí)溫度截面云圖（Z方向）：
放電1小時(shí)速度截面云圖（Z方向）：
放電1小時(shí)速度截面云圖（Y方向）：
電池放電一小時(shí)溫度分布圖1：
電池放電一小時(shí)溫度分布圖2：
仿真結(jié)論：
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區(qū)間之內(nèi)，少數(shù)散熱條件較好的電池區(qū)域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和擺放來改善溫度的不均衡度。
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展開 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(lián)合對液冷電池包進(jìn)行熱管理仿真，分析流場和溫度場的分布情況，預(yù)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(yàn)驗(yàn)證三種工況下試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果是否吻合 ，以提高仿真精度。
動力電池包內(nèi)熱量的累積不僅影響電池的使用效率及使用壽命，同時(shí)易造成動力電池系統(tǒng)故障并引發(fā)安全事故［，因此準(zhǔn)確預(yù)測電池包內(nèi)溫度分布，并對溫度場進(jìn)行分析具有重要意義。動力電池包熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常結(jié)合仿真來預(yù)測電池包的溫度分布、冷卻系統(tǒng)的流量分配和壓力分布等，從而預(yù)測熱管理系統(tǒng)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(xì)節(jié)，但３Ｄ仿真軟件計(jì)算瞬態(tài)工況耗時(shí)較長，不便或無法用于系統(tǒng)級別仿真以及控制策略仿真；１Ｄ仿真從系統(tǒng)角度出發(fā)，模型從電池包擴(kuò)展至包含整個冷卻／加熱系統(tǒng)外部環(huán)路等，由于建模中對各相應(yīng)部件進(jìn)行了簡化，在對系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真的時(shí)候，能大大提高仿真速度，通常用于系統(tǒng)級別的瞬態(tài)循環(huán)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(shù)，關(guān)注回復(fù)“1”，可領(lǐng)取更多熱管理方面資料。
展開 作者：王永康
來源： 仿真秀 （ID:fangzhenxiu2018）
導(dǎo)讀
本案例主要是對某電動包Pack進(jìn)行整包的熱仿真計(jì)算。詳細(xì)講解了電池包CAD模型的修復(fù)處理、CAD模型導(dǎo)入Icepak、Icepak熱模型的修復(fù)、Icepak熱模型的網(wǎng)格劃分過程及修復(fù)、求解計(jì)算的設(shè)置、直到最終后處理顯示，并提出熱流優(yōu)化的方向。通過Step by step進(jìn)行講解，用戶可學(xué)習(xí)到：
① SCDM修復(fù)此類電池包的技巧及規(guī)則
② SCDM如何將CAD模型導(dǎo)入Icepak
③ Icepak熱模型的網(wǎng)格劃分技巧
④ 熱模型求解計(jì)算的設(shè)置
⑤ Icepak后處理結(jié)果顯示
⑥ 要求SCDM版本為18.1以上
一、問題描述
對電動汽車而言，電池Pack的熱控（降溫、加熱）非常關(guān)鍵。本算例的電池包模型主要包括Pack外殼、多個電池模塊、電池模塊固定架、出風(fēng)口及三個軸流風(fēng)機(jī)；對于此類機(jī)箱熱模擬而言，需要輸入風(fēng)機(jī)本身的P-Q曲線，設(shè)置電池包各個部件的材料屬性（尤其是導(dǎo)熱率）和熱耗；在計(jì)算強(qiáng)迫風(fēng)冷的同時(shí)，考慮電池包外部空氣區(qū)域與外殼的自然對流及輻射換熱計(jì)算。
展開 
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電池包熱仿真的最新內(nèi)容
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。
例如某新能源學(xué)員完成電池包熱應(yīng)力仿真后，講師對比其企業(yè)實(shí)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)仿真的殼體最大應(yīng)力值比實(shí)驗(yàn)值低12%，隨即指導(dǎo)學(xué)員修正“對流換熱系數(shù)設(shè)置（從10W/(m2·K)調(diào)整為12W/(m2·K)）”，直至結(jié)果達(dá)標(biāo)。
www.yqgqt.org.cn/training/details/ansys）；Fluent模塊專攻流-熱-固耦合分析，針對電池包液冷系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)散熱通道等場景，通過20+復(fù)雜工況案例，教授流場與熱場的耦合設(shè)置技巧（鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/training/details/fluent）；LSDYNA模塊聚焦瞬態(tài)沖擊熱應(yīng)力問題，結(jié)合15+實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目（如汽車保險(xiǎn)杠碰撞熱應(yīng)力、電池包擠壓熱失控仿真
Ansys熱應(yīng)力分析可使電池包散熱板開裂風(fēng)險(xiǎn)降低30%、熱失控預(yù)警時(shí)間提前8分鐘，構(gòu)建全周期安全防護(hù)體系，技術(shù)鄰依托資深師資團(tuán)隊(duì)打造的定制培訓(xùn)，能讓企業(yè)工程師快速掌握這套核心防護(hù)技術(shù)。
新能源汽車電池包的熱應(yīng)力安全問題，是制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。電池包在充放電、高溫環(huán)境及熱失控初期均會產(chǎn)生顯著熱應(yīng)力，若管控不當(dāng)，極易引發(fā)殼體破裂、電芯擠壓短路等嚴(yán)重安全隱患。技術(shù)鄰服務(wù)20+新能源頭部企業(yè)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)顯示
某新能源企業(yè)反饋，通過技術(shù)鄰培訓(xùn)，電池包熱仿真項(xiàng)目周期從15天縮短至7天，成功趕上產(chǎn)品迭代節(jié)點(diǎn)，避免因研發(fā)滯后導(dǎo)致的市場錯失風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)顯示，技術(shù)鄰培訓(xùn)能為企業(yè)節(jié)省80%的無效學(xué)習(xí)時(shí)間，讓工程師聚焦核心項(xiàng)目推進(jìn)。
某新能源車企工程師因項(xiàng)目需求，需在2周內(nèi)完成電池包熱失控防護(hù)仿真，通過技術(shù)鄰“線上直播+實(shí)時(shí)答疑”的學(xué)習(xí)模式，不僅按時(shí)掌握核心技能，還獨(dú)立輸出優(yōu)化方案，使電池包熱相關(guān)故障率降低60%，獲得客戶高度認(rèn)可，個人也因項(xiàng)目出色表現(xiàn)獲得公司晉升機(jī)會。
培訓(xùn)目標(biāo)：
?了解電子散熱基礎(chǔ)理論知識
?了解CFD仿真流程及規(guī)范，包括計(jì)算域建立原則、網(wǎng)格密度分布、零部件簡化原則、邊界條件設(shè)置、收斂準(zhǔn)則等
?了解電子散熱中所遇現(xiàn)象的分析方法：對流、輻射、焦耳熱、Gerber數(shù)據(jù)應(yīng)用，PCB板/電池包的快速熱仿真、熱路徑分析等
?能采用scSTREAM完成電子散熱的CFD分析
?基于scSTREAM可完成快速液冷電池包分析
培訓(xùn)費(fèi)用：培訓(xùn)免費(fèi)
一、背景介紹
動力電池系統(tǒng)上包含了許多密封結(jié)構(gòu)，在雨季車輛過積水路面或者電池包熱失控氣體膨脹時(shí)均可能導(dǎo)致密封結(jié)構(gòu)失效帶來安全風(fēng)險(xiǎn)，已成為電池包密封結(jié)構(gòu)面臨的嚴(yán)峻問題。
Ls-dyna是一款以顯示動力學(xué)分析為主的數(shù)值模擬軟件，該軟件內(nèi)置了多種材料本構(gòu)，對于不同工程應(yīng)用場景均提供了豐富的解決方案。
二、解決方案
基于Ls-dyna密封圈壓縮仿真通過輸出密封圈壓縮率可以有效識別評估電池包密封結(jié)構(gòu)是否有失效風(fēng)險(xiǎn)
電池包密封圈
電池包的設(shè)計(jì)要求具有電氣設(shè)備外殼的IP67防水防塵護(hù)等級要求，其密封設(shè)計(jì)格外重要。 對于自然風(fēng)冷散熱的電池包，電池箱必須是完全密封的，在箱體或者箱蓋上設(shè)有透氣不透水平衡閥，起到平衡內(nèi)外壓力、防爆的作用； 對于靠強(qiáng)制風(fēng)冷的電池包，除了通風(fēng)孔處，其余位置不允許發(fā)生泄露；電池箱的上下蓋必須加密封圈、電氣件接插口和進(jìn)出口風(fēng)道的位置必須加密封墊。
目前市面上的電池包中
一、背景
動力電池系統(tǒng)上包含了許多密封結(jié)構(gòu)，在雨季車輛過積水路面或者電池包熱失控氣體膨脹時(shí)均可能導(dǎo)致密封結(jié)構(gòu)失效帶來安全風(fēng)險(xiǎn)，已成為電池包密封結(jié)構(gòu)面臨的嚴(yán)峻問題。
二、解決方案
基于Ls-dyna密封圈壓縮仿真通過輸出密封圈壓縮率可以有效識別評估電池包密封結(jié)構(gòu)是否有失效風(fēng)險(xiǎn)。
三、仿真思路簡述
1）密封圈壓縮仿真需要考慮密封螺栓預(yù)緊過程，基于Ls-dyna的動態(tài)松弛關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)這一過程
