電池包冷卻分析的案例
輕型純電動商用車動力電池冷卻性能分析
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 液冷電池熱管理系統在不同冷卻情況下的性能分析
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 汽車電池熱管理冷卻技術分析（含視頻教程詳細講解）
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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展開 電動汽車快速充電循環下鋰離子軟包電池的優化冷卻和熱分析
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 
abaqus電池包擠壓分析（附模型及分析流程） ￥46
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）
部件的網格類型
以下內容包含完整的詳細教程，附件為完整教程文檔和CAE模型文件.rar
abaqus電池包隨機振動疲勞分析（附模型及分析流程） ￥88
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 點焊單元，coupling 耦合單元和 tie 約束，建立零件 和零件之間相應的連接關系。
兩端所對應的 PSD 譜線如下圖。請注意該曲線的頻率截斷在 200Hz 處。
2 分析過程 一般來說，針對隨機振動的疲勞分析包含兩大步。第一步是在 Abaqus 中完成固有模態 和掃頻兩個計算；第二步是把這兩個計算結果與 PSD 曲線一起輸入 fe-safe，運行若干設置 后完成疲勞分析，得到相關結果。
以下內容包含完整的詳細的電池包跌落仿真分析 附件為完整教程和CAE模型文件.rar
展開 手把手教-電池包Icepak分析（附模型及分析流程） ￥80
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中設置消除）；
d) 對不規則孔采用等效方孔或圓孔代替，后續轉化為Icepak可識別的opening對象；
e) 對于薄板（一般＜2mm），如箱體，采用面（surface）替代，后續轉化為Icepak可識別的Plate對象；
等特征盡量采用Icepak的1級或2級轉化，如方形電芯、圓柱形電芯均可通過一級轉化為Block對象。如果需要保留結構復雜的CAD體，則可選擇3級CAD體轉化，不過三級轉化會在網格劃分過程中產生大量網格，影響求解效率。
1.2 導出為Icepak文件
將幾何對象全部轉化為Icepak可識別的對象后，另存為Icepak文件。在文件夾中可得到一個model文件，該文件包含了所有的幾何模型信息。新建一個文件夾并重新命名，將model文件放入該文件夾中即為一個Icepak項目。
1.3 材料屬性及邊界條件
1.3.1material進行材料的建立。
1.3.2風扇設置
1.3.3格柵設置
1.4 網格劃分
2 求解設置
監控點設置
以下內容包含完整的詳細的電池包Icepak仿真分析流程， 附件為完整教程和CFD模型文件
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>關鍵點：不能存在重復面、干涉以及單獨面。
展開 隨機振動分析-abaqus（附一個電池包計算案例） ￥20
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-abaqus
第一步：計算結構模態，輸出位移和應力。
第二步：隨機振動分析
2.1 定義輸出頻率上下限和模態阻尼
2.2 定義PSD載荷及加載
2.3 定義輸出
2.4 隨機振動計算頭文件設置
2.5 隨機振動分析結果
2.6 隨機振動σ應力結果評價
abaqus電池包熱力耦合分析（附CAE模型及分析流程） ￥88
電池包熱力耦合分析
本例展示基于熱-結構耦合的熱力耦合分析。
1 問題設定 一塊電池組，尺寸為 70mm x 175mm x 400mm。對模型進行適當簡化，保留主體電芯和 PC 部分，約束電池組底部 Z 方向，電芯部分給定生熱源，電池組外表面給定自然對流散熱 邊界條件，模擬電池組溫度變化和應力變化。 由于需要進行實時熱力耦合分析，因此電池，PC 材料等采用實體建模，設定相關的 coupling 耦合單元和 tie 約束，建立電芯和 PC 材料之間的接觸關系（包括熱接觸）。
2 分析過程 一般來說，針對熱力學問題，通常有順序耦合和完全耦合兩種方法。順序耦合是先進行 熱傳導分析，得到溫度分布結果，然后把溫度分布結果映射到結構分析模型上。 完全耦合 則是直接在 abaqus 中直接給建立的 coupled temp-displacement 分析步，完全實時同步計算 溫度變化和應力變化，并可考慮溫度和結構變形之間的互相影響。
2.1 有限元計算
2.1.1 幾何處理 在 CAD 軟件中進行簡單處理后，導入 Abaqus 中，需要對零件進行幾何清理和修復，刪 除不必要的細節特征。
2.1.2 賦予材料屬性 根據不同材料電池，PC 等賦予相應的材料參數，注意因為這里需要進行完全熱力耦合分析， 因此材料參數必須同時具有力學參數和熱學參數，包括：密度，彈性模量，泊松比，塑性曲 線，熱膨脹系數，熱導率，比熱等， 如下圖所示：
2.1.3 模型裝配 在 Abaqus 中裝配的模型，通在 CAD 軟件中裝配位置關系完全一致。如果在 CAD 軟件中 已經裝配即可。
展開 abaqus電池包跌落仿真分析（附CAE模型及分析流程） ￥80
前處理軟件使用 <a href="/major/abaqus">abaqus">Abaqus 2017 CAE完成網格劃分、連接關系的創建材料屬性定義 、載荷的施加和分析步的設置。
1. 連接關系
電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下：
1. 模組與兩端板之間通過長螺桿連接 ；
2. 端板與支撐之間通過螺栓連接；
3. 上下蓋之間通過螺栓連接 ；
4. 箱體與支撐板直接通過焊接連；
5. 箱體與外部承載板之間通過焊接連；
2. 設置分析步
3.接觸設置
4. 邊界條件和載荷
5. 提交計算
6.查看結果
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展開 
【AICFD案例教程】電池包風冷散熱分析
圖5-3 結果更新
4）可視化結果
① 溫度云圖
單擊菜單欄 后處理> 云圖，選取位置域和變量參數溫度，設置等級參數256，點擊應用，讀取電池包表面溫度云圖，可以看出電池包最高溫度在314K左右，前排電池包最高溫度略低于后排電池包。
圖5-4 溫度云圖
單擊菜單欄 后處理> 面，選取域和變量參數，設置平面參數，點擊應用，讀取電池包截面溫度云圖，可以看出電池包內部溫度分布與表面溫度分布大致相同。
圖5-5 截面溫度云圖
abaqus電池包沖擊仿真分析（附CAE模型及分析流程） ￥80
電池 組的沖擊 分析
一、 引言
電池系統是新能源汽車的心臟，而沖擊特性對基本、安 全性、可靠與耐久具有重要影響，且合理的限元仿真分析利于提高電池 系統的性能，實現輕量化。
要評估一個 電池 受到沖擊 時的響應，需要結合實驗測試和分析模擬。與物理 實驗相比，模擬有著明顯的優勢：提供重復結果和型上任意點信息（應力、 應變、加速度等），成本低，在設計過程中任意階段都可以進行模擬。 <a href="/major/abaqus">Abaqus /Explicit已經被廣泛應用于 研究電池產品經受沖擊載荷的特性。
二、 問題描述
在本 文中涉及的分析是一個 電池在某一方向自由落體，不傾斜搖晃 的沖 擊 模擬。該分析主要研究電池構件在沖擊 模擬。該分析主要研究電池構件在沖過程中 焊接處 可能出現的故障。 分析模 擬了一個 6 毫秒的的 沖擊 過程。為了減少這次分析的運算時間 ，使用了質量縮放 使用了質量縮放 技術 。利用質量縮放，求解過程中 ，ABAQUS在不連續的時間點自動進行 質量縮放 ，來保證用戶指定的最小時間增量。
三、 有限元模型 有限元模型
電池 組的模型包括 鋁殼 ，鎳片 ，銅鎳片 ，銅，電池上支架 電池上支架 ，電池下支架 ，電池 和電 池膠蓋 。整個裝配體模型共使用 34 萬個節點與 14 萬個單元， 鋁殼 和鎳片 省略焊 點圓孔， 銅片 使用 S4R 和 S3殼單元，電池包的上蓋和下使用 C3D10M 二階四 面體單元。
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展開 電池包定頻疲勞分析 optistruct/nastran+ncode（附模型） ￥20
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。
Step1： 頻響計算
單位加速度載荷激勵下結構的動響應。
模態求解：0-100Hz；
頻響：輸出20Hz時的應力響應。
Step2：疲勞計算
基于材料的 S-N 曲線和 Miner累積損傷準則，用N-code應力疲勞分析求解器求解， 選擇 Goodman 修正法對疲勞平均應力進行修正，最終獲得定頻振動 3 個振動方向疊加的結構損傷云圖。
展開 Icepak電池包熱分析
一、背景
某手持家電設備，工作時間小于十分鐘，但工作電流較大，會產生大量的熱，需評估電池支架以及外殼（手持區域）的溫度情況。
二、方案
將電池包在Space Claim中進行適當幾何簡化，在Icepak中完成瞬態熱分析。
三、分析結果（支架某點溫度響應曲線）
仿真結果
測試結果
支架溫度分布云圖
