電池包冷卻分析
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電池包冷卻分析的視頻教程
HyperWorks CFD仿真案例：電池包冷卻分析
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電池包冷卻分析的實例教程
課程針對工程應用、采用的風冷電池簇、液冷電池簇作為課程仿真演示對象，一方面會對風冷/液冷單個電池包模型簡化方法、網格劃分、仿真模型建立、工況計算依據、工況評價標準進行詳細的講解，另外方面是對儲能熱管理設計和關鍵零部件選項設計進行詳細講解。
通過對本課程的學習，盡管您是一位剛剛畢業的仿真小白，也可以通過本課程完成熱管理設計方法和熱管理仿真方法的入門到進階，讓您全方位成為一位真正的熱管理工程師，且學習完本課程后可以達到獨立承擔項目水平！
課程圍繞電池熱管理基本知識、儲能液冷和風冷熱管理設計方法、電池包幾何前處理、電池包網格劃分、仿真求解和熱管理仿真分析等方向展開講解，分為12大章節45講，一共77個技術點帶你全方位掌握新能源電池儲能熱管理仿真和結構設計～
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新能源電池儲能，風冷和液冷哪個將有望成為未來主流儲能溫控形式？
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展開 1概述
電池作為純電動車的動力元件，直接影響到車輛的續駛里程、壽命和整車性能。對于純電動車來說，動力電池的充放電可能隨時進行。充放電是典型的電化學過程，其伴生的反應熱很容易引起電池組內100℃以上的溫差，如不及時散熱，對充放電過程、電池的可靠性和壽命都有極大的負面影響，電池熱效應問題也會影響到整車的性能和壽命。目前對動力電池冷卻主要是:保證充放電時產生的熱量及時散出;各模塊間溫度分布均勻。因此，本文以國內某輕型商用純電動車用磷酸鐵鋰電池包為研究對象，對現有電池冷卻方案進行了性能試驗對比和數據分析，確定了電池包冷卻的最終方案。
2動力電池冷卻方案
動力電池的冷卻主要有風冷、制冷劑冷卻和水冷三種方式;與其他兩種冷卻技術相比，風冷方式技術更成熟，其研發、制造成本相對較低，周期短，目前被廣泛采用，國內目前市場上的純電動汽車也主要以風冷為主。風冷方式又分自然冷卻和強制冷卻。因此，某輕型商用純電動車型動力電池也選擇風冷方式，設計了強制冷卻和自然冷卻兩種風冷方式。強制冷卻是由鼓風機將乘員艙內被空調冷卻的25～30℃空氣抽進電池箱體，通過電池箱體內部強制對流帶走電池散發的熱量，最后排入環境中。自然冷卻無單獨冷卻系統，僅依靠自然對流散熱，該方式電池溫度高，但成本低。
為滿足車輛總重量大、續駛里程長的要求，該車型選用磷酸鐵鋰電池電容量達75kWh。因在現有成熟車型上進行動力總成改型設計，受車體空間影響，電池必須安放在地板下，且電池模塊必須分別放置在前后兩電池箱內才能滿足安裝要求。電池包冷卻方案結構示意圖如圖1。
展開 來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
鋰離子電池已廣泛應用于電動汽車（EV）和儲能系統（ESS）等領域，其性能直接影響了系統運行的安全與效率。鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、自放電率低、成本低、對環境友好等優點，但它們的性能對溫度非常敏感。熱安全性是限制電池發展的重要因素。通常情況下，電池模塊的最高溫度應保持在288~313 K之間，電池之間的最大溫差應控制在5 K以內，以保證電池穩定運行。
電池熱管理系統的特點主要包括體積小、成本低、安裝簡單、可靠性好等，也分為有源或無源、串聯或并聯等。無論是電池儲能系統還是混合儲能系統，電池都是主要組成部分。充電時，儲能系統充當負載，放電時，儲能系統充當發電機組，并且只能在一定的溫度范圍內放電和儲存電力。電池熱管理系統可以保證電池工作在最佳溫度范圍并保證電芯和模組的溫度均勻性，高溫會加劇電池內部的副反應，影響電池壽命甚至引發熱失控。然而低溫會導致內阻增大、容量下降，進而導致電池性能下降。因此，為了實現電池儲能系統的最佳性能，需要合適的電池熱管理系統。
02
成果掠影
近期，吉林大學江彥老師團隊開發了一種高效的電池熱管理系統，可以控制電池模塊的溫度，從而提高整體性能。該研究針對由12節方形LiFePO4電池組成的電池模塊設計了不同類型的液冷熱管理系統。以計算流體動力學模擬為主要研究工具，提出了從傳熱和流動阻力兩個方面評價冷板性能的參數，以及冷卻面、入口數量和冷卻液方向對其冷卻效果進行了研究。
展開 本研究使用多域建模方法對采用 1P4S 配置（1 個并聯和 4 個串聯電池）的商用 65 Ah 軟包電池進行熱分析。該研究旨在分析四種不同冷卻配置的熱行為，即具有環境冷卻的單電池、具有環境冷卻的 1P4S、僅具有底部液體冷卻的 1P4S 和具有兩側液體冷卻的 1P4S。Newman、Tiedemann、Gu 和 Kim (NTGK) 模型用于小尺度電化學建模，而計算流體動力學(CFD) 用于分析電動汽車常用的不同快速充電速率期間的熱行為。
研究結果表明，使用兩個流動方向相反的冷卻板而不是單側冷卻可將最大溫差從 10°C 降低 50% 至 5°C，并將充電期間的最高溫度降低 7°C，為 1.98°C。這表明使用兩側液冷可以顯著改善電池的熱性能，這對于快速充電和整體電池性能至關重要。這項研究對行業的意義重大，因為它提供了有關如何改進電動汽車電池組的設計和熱管理的見解。通過使用多域建模和 CFD 分析，電池制造商可以優化其電池組的設計，以改進熱管理，降低熱失控風險，并提高電池性能和壽命。這可能會導致開發出更可靠、更高效的電動汽車，從而有助于加速電動汽車在全球的普及。
研究成果以“Optimized cooling and thermal analysis of lithium-ion pouch cell under fast charging cycles for electric vehicles”為題發表于《Journal of Energy Storage》。
展開 1 問題設定 新能源汽車電池包擠壓分析的目的是采用 FEA 方法檢驗電池包是否可以滿足國標對電 池包擠壓性能的要求，包括電池包在擠壓過程中的結構變形、應力以及整體剛度等指標。
本 案例是利用 Abaqus2017 來建模以及求解。 電池包構件 電池包擠壓幾何模型（上下灰色的平板為剛體擠壓板）
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電池包是新能源汽車的關鍵零部件，其耐久性影響著新能源汽車整體的可靠性，按照國標GB/T31467.3-7.1振中的要求，電池包需要在振動試驗臺上進行三個方向上疲勞耐久，測試從Z軸開始，然后是Y軸，最后是X軸。每個方向的測試時間是21個小時。
本文基于某車型動力電池包，使用
Hypermesh-Optistruct-Ncode聯合仿真分析手段，進行隨機振動疲勞分析。按照振動臺架邊界條件進行工況設置
汽車電動化、智能化、綠色化發展已成為全球各國應對氣候變化、實現低碳發展的共同選擇。在此背景下，新能源汽車持續高速發展。電池包作為新能源汽車的“心臟”，是其主要動力來源，直接影響車輛的續航里程與行駛安全。電池包結構的安全可靠性對新能源汽車至關重要，同時也是衡量新能源汽車產品競爭力的重要指標之一。
圖1 新能源汽車電池包結構示意圖
汽車在路面行駛時，會遭遇到較為復雜的路面工況，比如顛簸路
因為高溫會使電池的循環壽命明顯降低，同時在高倍率充電時也不安全。目前市面上的新能源車電池，主要有4種電池冷卻方式，分別是自然冷卻、風冷和液冷、直冷這四種。
汽車電池熱管理冷卻方式介紹
自然冷卻
自然冷卻是最基礎和最簡單的冷卻方式，?是依賴環境溫度進行散熱的被動方式，?利用空氣的自然對流來散熱，不需要額外的能源輸入。
?這種方式優點是成本低、?無能耗且不需要額外空間，?缺點是散熱效率較低，?
定頻疲勞分析是為了考核結構耐共振頻率或耐預定頻率振動的能力。
根據GB 38031—2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》中 8.2.1要求，對電池包三個方向分別加載定頻激勵，首先，利用optistruct/nastran進行頻率響應，計算20Hz幅值為1g加速度激勵下電池包應力響應；根據得到的應力響應結果，通過ncode計算電池包疲勞性能
【iSolver案例分享58】新能源汽車電池包底座模態分析
1.引言：
iSolver為一個完全自主的面向工程應用的通用結構有限元軟件，對標Nastran、Ansys、Abaqus設計和實現，具備結構有限元常用分析類型和單元、材料、載荷等基礎算法組件，精度和Abaqus一致。本文以新能源汽車電池包底座模態分析為例，演示iSolver的分析流程，并將iSolver和Abaqus計算結果進行對比
本例展示基于功率譜密度曲線（PSD）的電池組疲勞分析，即針對隨機振動的疲勞壽命 分析。
1 問題設定 一塊電池組，尺寸為 70mm x 175mm x 400mm。該電池組的兩端共有 6 個端點，分別受 到垂直于電池組平面的激勵作用，且激勵的加速度功率譜密度曲線（ASD）相同。 由于在隨機振動基于線性動力學原理，因此電池，PC 材料等采用實體建模，其他鈑金 采用殼單元建模， 設定相關的 fastener
電池包Icepak分析流程
1 前處理
前處理主要是將對熱分析過程不重要的零部件或特征進行刪減或簡化、材料屬性、網格劃分等。
1.1 幾何簡化
一般需要對幾何體進行以下處理：
a) 去除倒角及倒圓角；
b) 刪除電池包內各類緊固件、箱體加強筋并填充所有的螺紋孔、零部件安裝孔；
c) 去除小錯位或小間隙（一般＜0.5mm，也可在后續的網格gap
AICFD是由天洑軟件自主研發的通用智能熱流體仿真軟件，用于高效解決能源動力、船舶海洋、電子設備和車輛運載等領域復雜的流動和傳熱問題。軟件涵蓋了從建模、仿真到結果處理完整仿真分析流程，幫助工業企業建立設計、仿真和優化相結合的一體化流程，提高企業研發效率。
一、概 要
1）案例描述
本案例針對電池模組風冷散熱進行仿真分析，包含8個電池模組。案例使用湍流模型、熱源模型和多孔介質模型進行熱仿真分析
目錄
一、隨機振動的定義、特點及常見場景
二、隨機振動的數學特征--正態分布
三、 隨機振動信號為什么要用功率譜密度（PSD）表達？
四、如何將時域隨機振動曲線轉換得到功率譜密度曲線
五、 隨機振動分析理論
附.常見功率譜密度曲線給出形式
附.以dB/oct形式給出的功率譜密度曲線如何計算
附.國標中定義的PSD譜總均方根加速度值是如何計算的？
六. 隨機振動分析案例
