電池包熱仿真的案例
元王仿真云案例精選丨基于Flotherm的電池包熱仿真分析
在國(guó)家節(jié)能環(huán)保的號(hào)召下，電動(dòng)汽車越來(lái)越普及，廠商們?cè)?em>電池包的設(shè)計(jì)上下足了功夫，而電池包熱管理對(duì)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(guò)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(cè)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(gè)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(gè)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(duì)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(gè)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 【CFD專欄】圓柱電池包如何進(jìn)行熱仿真？
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(gè)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(duì)單個(gè)電芯進(jìn)行詳細(xì)建模，通常簡(jiǎn)化為均勻的固體，要求定義各向異性的熱屬性。如果手動(dòng)來(lái)定義，那么數(shù)百個(gè)電芯都要?jiǎng)?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
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(chǎng)推廣程度的逐漸深入，應(yīng)用范圍不斷加大，對(duì)電池包散熱系統(tǒng)方案要求也越來(lái)越高。通過(guò)對(duì)電池散熱過(guò)程的熱仿真分析，可以預(yù)測(cè)電池溫度在放電過(guò)程中的變化趨勢(shì)，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(chǎng)上主流的熱仿真分析軟件為Flotherm，今天小編將通過(guò)一個(gè)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(guò)簡(jiǎn)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(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和擺放來(lái)改善溫度的不均衡度。
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展開 液冷電池包熱管理-基于star-ccm+＆Ａmesim聯(lián)合仿真
以某車用鋰離子電池組為研究對(duì) 象 ，主 要研究了爬坡工況、９０ｋｍ／ｈ勻速工況和 ＮＥＤＣ三種 工況下動(dòng)力電池組的溫升情況。利用ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋ 和Ａｍｅｓｉｍ 軟件聯(lián)合對(duì)液冷電池包進(jìn)行熱管理仿真，分析流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布情況，預(yù)測(cè)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(guò)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(dòng)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(dòng)力電池系統(tǒng)故障并引發(fā)安全事故［，因此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電池包內(nèi)溫度分布，并對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行分析具有重要意義。動(dòng)力電池包熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常結(jié)合仿真來(lái)預(yù)測(cè)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(cè)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(chǎng)和壓力場(chǎng)的仿真，以及模組溫度場(chǎng)的仿真，以獲得流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的細(xì)節(jié)，但３Ｄ仿真軟件計(jì)算瞬態(tài)工況耗時(shí)較長(zhǎng)，不便或無(wú)法用于系統(tǒng)級(jí)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(gè)冷卻／加熱系統(tǒng)外部環(huán)路等，由于建模中對(duì)各相應(yīng)部件進(jìn)行了簡(jiǎn)化，在對(duì)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(jí)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(hào)：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。
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電動(dòng)汽車電池包熱仿真Step by Step教程
作者：王永康
來(lái)源： 仿真秀 （ID:fangzhenxiu2018）
導(dǎo)讀
本案例主要是對(duì)某電動(dòng)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(guò)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(guò)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(wèn)題描述
對(duì)電動(dòng)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(gè)電池模塊、電池模塊固定架、出風(fēng)口及三個(gè)軸流風(fēng)機(jī)；對(duì)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(gè)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(duì)流及輻射換熱計(jì)算。
展開 ANSYS動(dòng)力電池仿真應(yīng)用案例
目錄
1 電池行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
2 燃料電池定義和分類
3 燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈
4 動(dòng)力電池研發(fā)中主要的流體/結(jié)構(gòu)問(wèn)題
5 ANSYS動(dòng)力電池應(yīng)用案例
(1) PEMFC燃料電堆模擬
(2) 反應(yīng)濕度對(duì)PEMFC性能影響
(3) PEMFC水管理
(4) 燃料電池電芯仿真
(5) 電池單體倍率性能分析
(6) 基于MSMD方法的電池單體熱仿真
(7) 電池單體熱仿真
(8) 電池PACK串并聯(lián)電特性分析
(9) 電池?zé)?/em>失控分析
(10) 基于MSMD方法的電池包短路仿真
(11) 電池針刺或內(nèi)外部短路分析
(12) 電池PACK散熱分析
(13) 基于Fluent的電池包熱管理
(14) 動(dòng)力電池?zé)?/em>分析
(15) 基于MSMD方法的電池包熱仿真
(16) 新能源動(dòng)力電池BMS系統(tǒng)低溫加熱計(jì)算
(17) 基于LTI ROM降階模型的電池包熱仿真
(18) 基于SVD ROM降階模型的電池包熱仿真
以下內(nèi)容截取自該篇資料
PEMFC燃料電堆模擬
①輸入條件
? 燃料及空氣進(jìn)口質(zhì)量流量、化學(xué)計(jì)量數(shù)比
? 指定固相電勢(shì)邊界條件: 電壓Vcell
? 定壁溫熱壁面邊界
②仿真流程
③結(jié)果
反應(yīng)濕度對(duì)PEMFC性能影響
①輸入條件
? 燃料及空氣進(jìn)口流量、溫度
? 不同層的材料屬性
? 熱壁面邊界條件
②仿真流程
? 幾何模型處理
? 六面體網(wǎng)格劃分
? Fluent中通用模塊設(shè)置及PEMFC模塊設(shè)置
? 求解計(jì)算得出基本標(biāo)量值及特定標(biāo)量值
③結(jié)果
PEMFC水管理
①輸入條件
? 燃料及空氣進(jìn)口流量
展開 電池熱管理仿真（三）：三維仿真邊界條件和算法
前面兩篇文章講解了前處理的要點(diǎn)以及如何將電池包模型網(wǎng)格化，今天的文章主要是來(lái)講講如何根據(jù)整車工況對(duì)電池包三維熱仿真施加邊界條件及初始條件，以及簡(jiǎn)單介紹下電池包熱管理算法的選擇。
一. 邊界條件
現(xiàn)如今的新能源車，EV或者是PHEV，大部分將電池包固定在車身底部，與整車的接口主要是高壓線束接口與水冷系統(tǒng)的進(jìn)出口（若是液冷），另外與包外空氣域直接或間接接觸，并且還會(huì)或多或少的受到熱輻射的影響，所以電池的三個(gè)主要邊界條件：
（1）進(jìn)出口水溫與流速；
（2）電池包功率需求；
（3）周圍環(huán)境的影響。
圖1：電池包車身位置
（1）：進(jìn)出口水溫與流速
液冷電池包的冷源可以說(shuō)是來(lái)自壓縮機(jī)，通過(guò)Chiller進(jìn)行冷媒與冷卻液的熱交換，將熱量帶走，一般進(jìn)口水溫可以低到15℃~25℃，而流速是水泵的作用，一般系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)最高在12L/min~16L/min這個(gè)區(qū)間。
圖2：典型液冷電池?zé)?/em>管理架構(gòu)
（2）：功率需求
工程中，衡量一個(gè)設(shè)計(jì)方案的好壞，肯定是在一定的工況下評(píng)估的。工況的選取很有講究，選擇過(guò)于嚴(yán)苛的工況，容易過(guò)設(shè)計(jì)，相反，會(huì)達(dá)不到整車的性能要求。電池?zé)?/em>管理工況一般選擇快充，急加急減，最高車速或爬坡等一系列極限工況來(lái)綜合評(píng)估電池包冷卻效果。而工況一般是車速map，工程師需要將車速轉(zhuǎn)換成電池包功率需求，再計(jì)算成電池的發(fā)熱量。筆者認(rèn)為這是仿真計(jì)算仿真中的一大難點(diǎn)，因?yàn)?em>電池本身的發(fā)熱量或者說(shuō)電池內(nèi)阻會(huì)隨SOC、溫度、電流大小和電池SOH狀態(tài)等變化而變化，要在三維仿真中將這些因素一起考慮會(huì)帶來(lái)很大的計(jì)算量,所以一般只能做近似計(jì)算。
展開 Starccm+ 電池包熱仿真分析（附模型及分析流程） ￥85
<p>1 分析流程</p><div contenteditable="false" width="100%">
<img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63104d8b27704c599c67215bbb5a117a.png" title="1.png" alt="1.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63104d8b27704c599c67215bbb5a117a.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63104d8b27704c599c67215bbb5a117a.png?image_process=/format,webp" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202301/63104d8b27704c599c67215bbb5a117a.png">
</div><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><p>2 案例分析</p><p>2.1 3D模型前處理</p><p>關(guān)鍵點(diǎn)：不能存在重復(fù)面、干涉以及單獨(dú)面。</p><p>將3D模型導(dǎo)入到<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" rel="noopener noreferrer" target="_blank
展開 STAR-CCM+&Amesim聯(lián)合仿真的液冷電池包熱管理
公眾號(hào)：新能源汽車熱管理仿真技術(shù)，關(guān)注，可領(lǐng)取更多熱管理方面資料。
同時(shí)本人也在技術(shù)鄰平臺(tái)更新新能源動(dòng)力電池?zé)?/em>管理仿真和設(shè)計(jì)課程如下
1、 基于starccm+在動(dòng)力電池?zé)?/em>管理仿真技術(shù)應(yīng)用、
2、新能源汽車PACK熱流體仿真進(jìn)階20講
3、新能源動(dòng)力電池?zé)?/em>管理設(shè)計(jì)入門到進(jìn)階23講
4、 Hypermesh網(wǎng)格劃分-精講進(jìn)階視頻教程
5、有限元分析ANSA19.0視頻教程零基礎(chǔ)入門到精通50講
6、Hypermesh軟件CAE流體網(wǎng)格劃分CFD前處理
展開 行業(yè)應(yīng)用方案 | 新能源電池
仿真場(chǎng)景列表
一、燃料電池方向
固體氧化物傳熱傳質(zhì)仿真分析
PEMFC 電池組模擬
反應(yīng)濕度對(duì)PEMFC性能影響
PEMFC 水管理
PEMFC 電解仿真
二、動(dòng)力電池單體電池方向
基于MSMD方法的電池單體熱仿真
電池單體倍率性能分析
電池單體熱失控仿真
電池針刺或內(nèi)外部短路分析
三、動(dòng)力電池電池包方向
基于Fluent/Icepak的電池包CHT傳熱分析
電池PACK散熱分析
基于MSMD方法的電池包整體熱仿真
基于MSMD方法的電池包短路仿真
電池PACK串并聯(lián)特性分析
四、動(dòng)力電池系統(tǒng)仿真方向
基于LTI-ROM降階模型的電池包熱仿真
基于SVD-ROM降階模型的電池包熱仿真
五、動(dòng)力電池/電池包結(jié)構(gòu)仿真
展開 行業(yè)應(yīng)用方案 | 新能源電池
基于MSMD方法的電池包短路仿真
電池PACK串并聯(lián)特性分析
五
動(dòng)力電池系統(tǒng)仿真方向
基于LTI-ROM降階模型的電池包熱仿真
基于SVD-ROM降階模型的電池包熱仿真
六
動(dòng)力電池/電池包結(jié)構(gòu)仿真
電池單體強(qiáng)度分析
電池單體跌落分析
電池PACK強(qiáng)度分析
電池PACK振動(dòng)性能分析
電池PACK跌落性能分析
電池PACK振動(dòng)疲勞分析
電池PACK擠壓仿真分析
電池PACK沖擊仿真分析
電池PACK碰撞仿真分析
電池PACK溫度沖擊仿真分析
Ansys新能源電池解決方案
Ansys新能源電池解決方案從電池工作的天然多物理場(chǎng)特性出發(fā)，分別從流體、電化學(xué)、傳熱、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及系統(tǒng)仿真角度來(lái)解決客戶的研發(fā)設(shè)計(jì)問(wèn)題。
展開 
行業(yè)應(yīng)用方案 | 新能源電池
基于MSMD方法的電池包短路仿真
電池PACK串并聯(lián)特性分析
五
動(dòng)力電池系統(tǒng)仿真方向
基于LTI-ROM降階模型的電池包熱仿真
基于SVD-ROM降階模型的電池包熱仿真
六
動(dòng)力電池/電池包結(jié)構(gòu)仿真
電池單體強(qiáng)度分析
電池單體跌落分析
電池PACK強(qiáng)度分析
電池PACK振動(dòng)性能分析
電池PACK跌落性能分析
電池PACK振動(dòng)疲勞分析
電池PACK擠壓仿真分析
電池PACK沖擊仿真分析
電池PACK碰撞仿真分析
電池PACK溫度沖擊仿真分析
Ansys新能源電池解決方案
Ansys新能源電池解決方案從電池工作的天然多物理場(chǎng)特性出發(fā)，分別從流體、電化學(xué)、傳熱、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及系統(tǒng)仿真角度來(lái)解決客戶的研發(fā)設(shè)計(jì)問(wèn)題。
展開 Icepak電池包熱分析
一、背景
某手持家電設(shè)備，工作時(shí)間小于十分鐘，但工作電流較大，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，需評(píng)估電池支架以及外殼（手持區(qū)域）的溫度情況。
二、方案
將電池包在Space Claim中進(jìn)行適當(dāng)幾何簡(jiǎn)化，在Icepak中完成瞬態(tài)熱分析。
三、分析結(jié)果（支架某點(diǎn)溫度響應(yīng)曲線）
仿真結(jié)果
測(cè)試結(jié)果
支架溫度分布云圖
儲(chǔ)能電池的熱仿真及其產(chǎn)熱分析
,電池溫度升高會(huì)進(jìn)一步促使反應(yīng)的加劇,從而形成產(chǎn)熱與溫升的正反饋?當(dāng)溫度超過(guò)一定限制時(shí),電池可能會(huì)出現(xiàn)膨脹?泄露?乃至爆炸等不安全因素?不僅如此,在充電過(guò)程中負(fù)極側(cè)極易產(chǎn)生鋰枝晶而易縮短電池壽命?因此,對(duì)電池的產(chǎn)熱行為深入研究對(duì)電池的安全保障及延長(zhǎng)電池壽命有著極大的幫助?
目前已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)并使用的獨(dú)立式光伏系統(tǒng)中一般采用蓄電池作為儲(chǔ)能裝置,但蓄電池的使用壽命一般僅在6~7年,所以目前采用鋰電池構(gòu)建儲(chǔ)能裝置已成為目前研究的一大重點(diǎn)?本文采用儲(chǔ)能電池常用的磷酸鐵鋰電池(LiFePO4)作為研究目標(biāo),計(jì)算出仿真過(guò)程中所需的熱物理參數(shù),使用ICEM CFD繪制電池模型并畫出結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,轉(zhuǎn)而使用ANSYS Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值仿真,研究單體電池在1C恒流放電時(shí)溫度分布情況,最后與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。
展開 Ansys 行業(yè)應(yīng)用方案 | 新能源電池
仿真場(chǎng)景列表
一
燃料電池方向
固體氧化物傳熱傳質(zhì)仿真分析
PEMFC 電池組模擬
反應(yīng)濕度對(duì)PEMFC性能影響
PEMFC 水管理
PEMFC 電解仿真
二
電極仿真
三
動(dòng)力電池單體電池方向
基于MSMD方法的電池單體熱仿真
電池單體倍率性能分析
電池單體熱失控仿真
電池針刺或內(nèi)外部短路分析
四
動(dòng)力電池電池包方向
基于Fluent/Icepak的電池包CHT傳熱分析
電池PACK散熱分析
基于MSMD方法的電池包整體熱仿真
基于MSMD方法的電池包短路仿真
電池PACK串并聯(lián)特性分析
五
動(dòng)力電池系統(tǒng)仿真方向
基于LTI-ROM降階模型的電池包熱仿真
基于SVD-ROM降階模型的電池包熱仿真
六
動(dòng)力電池/電池包結(jié)構(gòu)仿真
電池單體強(qiáng)度分析
電池單體跌落分析
電池PACK強(qiáng)度分析
電池PACK振動(dòng)性能分析
電池PACK跌落性能分析
電池PACK振動(dòng)疲勞分析
電池PACK擠壓仿真分析
電池PACK沖擊仿真分析
電池PACK碰撞仿真分析
電池PACK溫度沖擊仿真分析
Ansys新能源電池解決方案
Ansys新能源電池解決方案從電池工作的天然多物理場(chǎng)特性出發(fā)，分別從流體、電化學(xué)、傳熱、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及系統(tǒng)仿真角度來(lái)解決客戶的研發(fā)設(shè)計(jì)問(wèn)題。
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