液冷電池的案例
設(shè)計(jì)仿真 | 利用 Cradle CFD 設(shè)計(jì)最佳液冷電池組
設(shè)計(jì)最佳
液冷電池組
Cradle CFD
總部位于班加羅爾的 Sienna ECAD 公司成立于1997 年，是該國(guó)十分先進(jìn)的印刷電路板（PCB）分析/設(shè)計(jì)工程公司之一。作為阿瓦隆集團(tuán)旗下的一家公司，Sienna ECAD 還從事印刷電路板設(shè)計(jì)工程、系統(tǒng)集成以及塑料、變壓器、磁性元件、電纜和線束的功能測(cè)試。
研究小組需要研究液冷電池的功能，以優(yōu)化冷卻效果。冷卻通道中的流量失衡會(huì)造成流動(dòng)不均勻，從而導(dǎo)致冷卻不均勻，這會(huì)導(dǎo)致冷卻套中的傳熱不均勻。此外，考慮到冷卻劑特性對(duì)流動(dòng)機(jī)制和傳熱效果的影響，研究小組還熱衷于研究不同冷卻劑對(duì)冷卻套中的流動(dòng)和熱混合的影響。
研究小組決定對(duì)雙層電池組的冷卻水套出入口進(jìn)行逆流和平流兩種不同配置的研究，除此之外他們還研究了冷卻回路中冷卻劑的流速。
01
設(shè)計(jì)最佳冷液電池
使用 Cradle ScFLOW，我們團(tuán)隊(duì)成功確定了符合電池組仿真速度、準(zhǔn)確性和詳細(xì)程度要求的正確數(shù)學(xué)模型。并且我們能夠設(shè)計(jì)出具有最佳的冷卻劑、最優(yōu)流量配置和最佳流速的最佳電池組。
-Savita R Ganjigatti,
工程副總裁, Sienna Ecad Technologies, An Avalon group company
Sienna ECAD 團(tuán)隊(duì)使用 Cradle CFD 軟件的最新電池冷卻數(shù)學(xué)模型，對(duì)兩種不同的水套配置進(jìn)行了模擬，以便在最短時(shí)間內(nèi)得出最準(zhǔn)確的結(jié)果。研究小組比較了兩種不同冷卻劑的冷卻性能。第一種冷卻劑是乙二醇和水的混合物，第二種冷卻劑僅為水。
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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。
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首先，冷卻液流經(jīng)冷凝器、壓縮機(jī)后被強(qiáng)制降溫，然后低溫冷卻液經(jīng)過(guò)電池系統(tǒng)內(nèi)部冷卻流道與電芯發(fā)生熱交換以后，再流經(jīng)熱交換器與低溫制冷劑進(jìn)行熱交換，從而將電池產(chǎn)生的熱量帶出電池系統(tǒng)，降低電池溫度。液冷比風(fēng)冷的散熱效率高，能夠滿足大功率充放電的散熱需求，同時(shí)液冷散熱更均勻，電芯溫差小，溫度一致性高，能夠大幅提高電池系統(tǒng)穩(wěn)定性和壽命。但是，液冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較風(fēng)冷系統(tǒng)復(fù)雜，液冷系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)消耗電池本身的能量，且相對(duì)風(fēng)冷系統(tǒng)成本也略有增加。
六、認(rèn)識(shí)電池包的液冷系統(tǒng)
液冷系統(tǒng)指的是電池系統(tǒng)內(nèi)部的液冷系統(tǒng)，一套完整的液冷系統(tǒng)不僅包括電池系統(tǒng)內(nèi)部的液冷系統(tǒng)，還包括電池系統(tǒng)外部的液冷系統(tǒng)。圖是一套完整液冷系統(tǒng)的工作原理圖：電芯產(chǎn)生的熱量通過(guò)電池系統(tǒng) 內(nèi)部液冷系統(tǒng)被帶出電池系統(tǒng)，然后進(jìn)入電池系統(tǒng)外部液冷回路中，緊接著這部 分熱量通過(guò)換熱器傳遞給整車空調(diào)系統(tǒng)，最后通過(guò)整車空調(diào)系統(tǒng)將這部分熱量傳遞到環(huán)境空氣中。
（一）液冷工質(zhì)
根據(jù)液冷工質(zhì)電導(dǎo)率不同，液冷工質(zhì)可以分為直接接觸式和間接接觸式，直接接觸式的液冷工質(zhì)可以與電芯直接接觸并將熱量散入環(huán)境中，硅油和篦麻油屬于直接接觸式液冷工質(zhì)，間接接觸式的液冷工質(zhì)不能直接與電芯接觸，通常需要利用金屬容器進(jìn)行盛裝，并利用金屬容器與電芯進(jìn)行接觸從而將熱量散入環(huán)境中，且金屬容 器與電芯之間需要添加絕緣層，水和乙二醇溶液屬于間接接觸式液冷工質(zhì)。
(二)液冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程
整個(gè)液冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程可以分為設(shè)計(jì)目標(biāo)、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、傳熱路徑設(shè)計(jì)、液冷回路設(shè)計(jì)、液冷板設(shè)計(jì)、冷卻策略設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿真分析和測(cè)試驗(yàn)證等。
1、設(shè)計(jì)目標(biāo)
1）電芯溫度控制
對(duì)電芯溫度的控制，主要是從保證電芯循環(huán)壽命要求出發(fā)的，即將電芯的最高溫度控制在特定溫度之下，才能保證電池系統(tǒng)的循環(huán)壽命要求。
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四、課程限時(shí)福利活動(dòng)
Starccm儲(chǔ)能風(fēng)冷/液冷系統(tǒng)熱管理設(shè)計(jì)策略與仿真-十二大專題電池儲(chǔ)能熱管理設(shè)計(jì)仿真入門進(jìn)階45講
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五、課程案例分析展示（部分）
1.電池柜基礎(chǔ)信息
研究電池機(jī)柜由8個(gè)電池PACK串聯(lián)組成，電池簇采用液冷方式冷卻，成組方式為1P416S，電池包采用1P52s串并聯(lián)，主要包括：上下箱體，液冷板，導(dǎo)熱墊、隔熱護(hù)板、絕緣板、模組等結(jié)構(gòu)。由4個(gè)模組成，每個(gè)模組由13個(gè)320Ah方形電芯組成，電芯發(fā)熱量充電16.29W，放電14.08W。液冷板采用沖壓加釬焊的加工工藝，流道定義的自由度較高。液冷熱管理系統(tǒng)由液冷板、液冷機(jī)組、液冷管路、高低壓線束和冷卻液組成。
2.冷卻策略
液冷機(jī)組具備制冷、制熱以及除濕功能，液冷機(jī)組熱管理系統(tǒng)的策略和工作模式緊密相關(guān)。文中，Tmax指電池監(jiān)測(cè)點(diǎn)NTC最高溫度；Tmin指電池監(jiān)測(cè)點(diǎn)NTC最低溫度。
當(dāng) Tmax≥32 ℃時(shí)，液冷機(jī)組進(jìn)入制冷模式，壓縮機(jī)開啟，高溫高壓的制冷劑從壓縮機(jī)中排出，進(jìn)入冷凝器冷凝，放熱降溫后，通過(guò)膨脹閥進(jìn)行節(jié)流降壓，然后進(jìn)入蒸發(fā)器，并與冷卻液進(jìn)行換熱，制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)后流回壓縮機(jī)吸氣口，完成一個(gè)制冷循環(huán)。
展開 
液冷與風(fēng)冷相結(jié)合的新型鋰離子電池模組熱管理系統(tǒng)
鋰離子電池作為一種能量存儲(chǔ)單元，被廣泛用作電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，以實(shí)現(xiàn)快速加速和長(zhǎng)里程的目標(biāo)。
鋰離子電池的性能、壽命和安全性與其工作溫度密切相關(guān)。鋰離子電池的合適工作溫度范圍在20℃至40℃之間，電池組的最大溫差應(yīng)在5℃以內(nèi)。在低溫下，由于電化學(xué)反應(yīng)速率降低和副反應(yīng)（例如鍍鋰），鋰離子電池的性能顯著惡化。在正常工作條件下，由于電化學(xué)反應(yīng)和歐姆電阻，電池內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量熱量,如果熱量不及時(shí)散去，電池溫度會(huì)持續(xù)升高，引發(fā)電池組件的分解反應(yīng)，甚至導(dǎo)致熱失控，從而引起電池起火或爆炸。因此，電池熱管理系統(tǒng)（BTMS）對(duì)于電池組保持電池溫度在所需范圍內(nèi)至關(guān)重要。
02
成果掠影
近期，江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院陳明毅教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型混合電池熱管理系統(tǒng)，將直接液體冷卻與強(qiáng)制空氣冷卻相結(jié)合。電池外部設(shè)計(jì)有夾套，電池殼與夾套之間填充液態(tài)冷卻劑，形成直接冷卻效果。通過(guò)數(shù)值模擬分析電池與液冷套之間的間隙間距、冷卻管路數(shù)量、液體流速和風(fēng)扇位置對(duì)冷卻效果的影響，以優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明，當(dāng)前熱管理系統(tǒng)的最佳配置是電池與液冷夾套之間的間距為5mm、雙管道液冷結(jié)構(gòu)以及液體冷卻劑和空氣平行流動(dòng)，液體最佳流速為0.002 kg/s，空氣流速應(yīng)小于0.4 m/s，以節(jié)省所需能量。該電池熱管理系統(tǒng)在電池4C放電倍率下獲得了良好的散熱效果。BTMS的新穎之處在于其冷卻效率高，可用于在高速率工況下冷卻電池組。直接液冷方式具有滅火功能，有利于電動(dòng)車火災(zāi)的預(yù)防。
展開 LG電池XITONG 液冷系統(tǒng)模組解析
LG作為電池系統(tǒng)方面的專家，尤其獨(dú)到的設(shè)計(jì)理念，下面展示一些設(shè)計(jì)方案。
以下這個(gè)圖比較清晰，模組設(shè)計(jì)上其實(shí)兼容了兩種形狀。
采用液冷方案的電池系統(tǒng)
相比較而言，F(xiàn)ord和LG在Focus EV上做了些許的改進(jìn)，組合要是冷卻管和散熱方式上有些變化，主體結(jié)構(gòu)有些許差異。
實(shí)物圖
下圖是相應(yīng)的管道接口，復(fù)雜程度不言而喻，而且人家可以保證密封以及防泄漏能力。
下圖是LG 近幾年為OEM準(zhǔn)備的電池系統(tǒng)，不乏沃爾沃，通用等一線大品牌。
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自主CAE | 基于PERA SIM的電池液冷散熱仿真分析
摘要：本文通過(guò)安世亞太自主開發(fā)的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid對(duì)電池液冷散熱進(jìn)行計(jì)算分析。通過(guò)這個(gè)計(jì)算分析，展示PERA SIM Fluid的相關(guān)功能，希望對(duì)其他工程師有所幫助。
關(guān)鍵詞：動(dòng)力電池；散熱；水冷；共軛換熱
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1.引言
動(dòng)力電池作為現(xiàn)代電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車等新能源交通工具的核心部件，其重要性不言而喻。它不僅關(guān)系到車輛的性能、續(xù)航里程，更直接關(guān)系到車輛的安全性和可靠性。動(dòng)力電池是新能源汽車的“心臟”，它為車輛提供源源不斷的動(dòng)力。隨著新能源汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，對(duì)動(dòng)力電池的性能要求也越來(lái)越高。高能量密度、高功率密度、長(zhǎng)壽命、低成本等成為了動(dòng)力電池研發(fā)的主要方向，而在這些性能要求中，熱管理尤為重要，動(dòng)力電池在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，如果不能及時(shí)有效地散熱，就會(huì)導(dǎo)致電池溫度升高，進(jìn)而影響電池的性能和壽命，甚至可能引發(fā)安全事故。
仿真技術(shù)，作為一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法，為動(dòng)力電池的熱設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。通過(guò)仿真，設(shè)計(jì)師可以在計(jì)算機(jī)上模擬電池在不同工作條件下的熱行為，預(yù)測(cè)電池的溫度分布、熱流密度等關(guān)鍵參數(shù)。這不僅可以幫助設(shè)計(jì)師更好地了解電池的熱特性，還可以為電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、散熱設(shè)計(jì)提供重要的理論依據(jù)。在動(dòng)力電池熱設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用中，仿真技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的成果。例如，通過(guò)仿真技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以優(yōu)化電池的散熱片結(jié)構(gòu)、改進(jìn)冷卻液的流動(dòng)方式、調(diào)整電池模塊之間的間距等，從而有效地降低電池的工作溫度，提高電池的性能和壽命。同時(shí)，仿真技術(shù)還可以用于評(píng)估電池在不同工作環(huán)境下的熱安全性能，為電池的安全使用提供有力保障。
展開 電動(dòng)汽車電池熱管理風(fēng)冷與液冷
通過(guò)對(duì)上述內(nèi)容研究表明:(1)風(fēng)冷在不同的流道下,對(duì)電池的溫度一致性影響較大,但并聯(lián)流道散熱效果好于串聯(lián)流道;(2)液冷無(wú)論在串、并流道下,對(duì)電池溫度的一致性影響較小,并且整體散熱效果要遠(yuǎn)好于風(fēng)冷方式。隨著電池模塊容量的增大,惡劣環(huán)境下運(yùn)行對(duì)電池性能的要求越來(lái)越苛刻,高效的電池熱管理系統(tǒng)及其重要。空氣強(qiáng)制冷卻由于冷卻能力不強(qiáng)只能在小型功率且良好工況下使用;而液冷整體冷卻效果更適用于大型功率或者復(fù)雜工況下使用。因此液冷是未來(lái)電池熱管理的重要研究發(fā)展方向。
新能源汽車電池熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
汽車熱管理之家
電池熱管理的主要功能包括：電池溫度的準(zhǔn)確測(cè)量和監(jiān)控；電池組溫度過(guò)高時(shí)的有效散熱；低溫條件下的快速加熱；保證電池組溫度場(chǎng)的均勻分布；電池散熱系統(tǒng)與其他散熱單元的匹配。
圖1 電池熱管理關(guān)系圖
電池包的冷卻有風(fēng)冷和液冷兩種方式。研究表明風(fēng)冷方式易實(shí)現(xiàn)，但電池包溫度梯度變化較大，不利于電池穩(wěn)定工作。通過(guò)冷卻液與空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑進(jìn)行換熱的液冷方式逐漸成為主流。對(duì)新能源汽車電池熱問題的科學(xué)管理，需要考慮多個(gè)系統(tǒng)的相互影響。各系統(tǒng)之間的影響關(guān)系如圖 1所示，電池包冷卻與汽車空調(diào)系統(tǒng)、電機(jī)冷卻系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)存在不同程度的耦合。這樣在做電池系統(tǒng)溫度控制策略、熱管理時(shí)就要同時(shí)分析與其他系統(tǒng)的影響關(guān)系。
解決方案
為了解決電池熱管理中，流體系統(tǒng)之間復(fù)雜的耦合系，可以采用Dymola軟件的蒸發(fā)循環(huán)庫(kù)、液冷庫(kù)、電池庫(kù)等搭建一維仿真模型。去模擬整個(gè)模型系統(tǒng)，分析不同系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的化控制。
圖2 Dymola 模型庫(kù)
Dymola軟件具有豐富的模型庫(kù)，采用基礎(chǔ)庫(kù)與商業(yè)庫(kù)可以方便的搭建電池熱管理系統(tǒng)。
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：典型液冷電池熱管理架構(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。電池熱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 動(dòng)力電池液冷系統(tǒng)仿真流程（下）
圖12 液冷系統(tǒng)P-Q曲線
4.4.2 流量均勻性
借助流場(chǎng)分析仿真得出各回路流量值，判斷各回路流量分配均勻性，流量比的偏差值是否控制在設(shè)計(jì)目標(biāo)范圍內(nèi)。
圖13 各回
本人對(duì)新能源汽車有免費(fèi)資料分析公眾號(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。
同時(shí)本人也在技術(shù)鄰平臺(tái)更新新能源動(dòng)力電池熱管理仿真和設(shè)計(jì)課程如下
1、 基于starccm+在動(dòng)力電池熱管理仿真技術(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)力電池熱管理設(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
7、CAE | STAR-CCM+流體CFD分析零基礎(chǔ)視頻教程
展開 鋰離子電池組液冷測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)值-實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)
鋰離子電池（LIB）由于具有高能量容量、低自放電率和無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，溫度嚴(yán)重影響鋰離子電池的容量和壽命。較低的溫度可能導(dǎo)致電池退化，而較高的溫度可能引發(fā)熱失控，從而造成安全隱患。
當(dāng)前，對(duì)BTMS的研究根據(jù)冷卻方式主要分為風(fēng)冷、液冷、相變材料（PCM）冷卻等三大類。風(fēng)冷具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于封裝、維護(hù)成本低、能耗低等特點(diǎn)。雖然提供相對(duì)較低的熱交換能力，但該冷卻系統(tǒng)在 LIB 系統(tǒng)中得到了很好的采用，對(duì)在較高電流速率下進(jìn)行快速充電和放電操作的要求不高。液冷式一般傳熱系數(shù)較高，溫度分布均勻，根據(jù)電池表面是否與傳熱流體直接接觸，液冷方式一般分為直接接觸式和間接接觸式液冷。與間接接觸冷卻相比，直接接觸液體冷卻使用介電流體有效地去除電池熱量，具有很大的緊湊性和高冷卻速率，但在商業(yè)應(yīng)用中可能不實(shí)用。另一方面，間接接觸冷卻更容易實(shí)施，并且使用較低粘度的流體以減少泵功率需求，并且已被廣泛采用和研究，具有液體冷板（LCP），波浪管和熱管。PCM 冷卻本身是一種被動(dòng)熱管理類型，具有運(yùn)行成本較低和溫度均勻性較高的優(yōu)點(diǎn)。PCM 冷卻使用大量潛熱，這些潛熱可以存儲(chǔ)在材料中以維持電池溫度，并能夠降低 LIB 電池組的最高溫度和溫差。然而，純PCM由于導(dǎo)熱系數(shù)較低，容易產(chǎn)生過(guò)多的熱量積累，從而大大增加了熱系統(tǒng)的重量。將泡沫金屬和翅片應(yīng)用于 PCM 被動(dòng)冷卻中，以增強(qiáng) PCM 的傳熱，證明 PCM、泡沫金屬和翅片的組合可以有效提高 LIB 的熱性能并將溫度保持在較低水平。在 PCM 壁上耦合了石墨烯增強(qiáng)的高導(dǎo)熱金屬隔板，該系統(tǒng)可以有效地將 4C 充電期間的最高溫度限制在 55°C 以下。
展開 
液冷電池熱管理系統(tǒng)在不同冷卻情況下的性能分析
來(lái)源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車（EV）和儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）等領(lǐng)域，其性能直接影響了系統(tǒng)運(yùn)行的安全與效率。鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低、成本低、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，但它們的性能對(duì)溫度非常敏感。熱安全性是限制電池發(fā)展的重要因素。通常情況下，電池模塊的最高溫度應(yīng)保持在288~313 K之間，電池之間的最大溫差應(yīng)控制在5 K以內(nèi)，以保證電池穩(wěn)定運(yùn)行。
電池熱管理系統(tǒng)的特點(diǎn)主要包括體積小、成本低、安裝簡(jiǎn)單、可靠性好等，也分為有源或無(wú)源、串聯(lián)或并聯(lián)等。無(wú)論是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)還是混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，電池都是主要組成部分。充電時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)充當(dāng)負(fù)載，放電時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)充當(dāng)發(fā)電機(jī)組，并且只能在一定的溫度范圍內(nèi)放電和儲(chǔ)存電力。電池熱管理系統(tǒng)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(huì)加劇電池內(nèi)部的副反應(yīng)，影響電池壽命甚至引發(fā)熱失控。然而低溫會(huì)導(dǎo)致內(nèi)阻增大、容量下降，進(jìn)而導(dǎo)致電池性能下降。因此，為了實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的最佳性能，需要合適的電池熱管理系統(tǒng)。
02
成果掠影
近期，吉林大學(xué)江彥老師團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種高效的電池熱管理系統(tǒng)，可以控制電池模塊的溫度，從而提高整體性能。該研究針對(duì)由12節(jié)方形LiFePO4電池組成的電池模塊設(shè)計(jì)了不同類型的液冷熱管理系統(tǒng)。以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬為主要研究工具，提出了從傳熱和流動(dòng)阻力兩個(gè)方面評(píng)價(jià)冷板性能的參數(shù)，以及冷卻面、入口數(shù)量和冷卻液方向?qū)ζ淅鋮s效果進(jìn)行了研究。
展開 基于Star-CCM+液冷電池熱管理仿真
電池的最高溫度35.1℃
系統(tǒng)壓降35.1pa
流道出口溫度25.8℃
更多考慮點(diǎn)：
上文動(dòng)力電池熱管理仿真為粗略的仿真方法，模型還是比較小，需要處理和注意的細(xì)節(jié)相對(duì)較小，仿真的方法還需進(jìn)一步的優(yōu)化，本次仿真未考慮，熱阻、隨時(shí)間變化發(fā)熱功率，導(dǎo)電排，極柱的歐姆熱、隨溫度變化的材料參數(shù)等等因素。
動(dòng)力電池液冷系統(tǒng)(VOF)流動(dòng)狀態(tài)模擬 ￥20
聯(lián)系方式QQ599464330，遇到問題記得聯(lián)系我。
本次操作采用的軟件如下：前處理軟件為SCDM抽取流體，導(dǎo)入starccm+求解。
將x_t 文件導(dǎo)入SCDM里面，然后抽取液冷板內(nèi)部流體體積。
2.流體抽取成功后如下圖顯示：
3.另存為fluid.x_t 或者是step的格式。
4.打開starccm+軟件，新建一個(gè).star文件，一般核數(shù)根據(jù)自己的電腦性能來(lái)選擇，設(shè)置核數(shù)越大計(jì)算越快。
5.打開剛剛保存的fluid.x_t文件，導(dǎo)入之后檢查模型。
6.對(duì)導(dǎo)入之后的模型進(jìn)行合并曲面操作Geometry——Parts——fluid——surfaces——按住shift選擇所有的表面——右鍵——選擇combine——合并為一個(gè)面。
7.合并了所有的面以后，需要對(duì)模型進(jìn)行破面壓印檢查。
選擇Execute ALL，執(zhí)行。
檢查確保沒有穿刺面和破面，然后點(diǎn)擊左下角的close關(guān)閉表面修復(fù)界面
8.分離出進(jìn)口（inlet）和出口（outlet）的表面Geometry——Parts——fluid——surfaces——fluid——split by patch，從合并的流體表面中分離出進(jìn)口和出口的面。
利用同樣的方法，分離出出口區(qū)域表面outlet1和outlet2
分離完成后，如下圖所示，會(huì)有四個(gè)表面，整體流道，進(jìn)口，兩個(gè)出口表面。
9.將parts下面的surface分配給regions，設(shè)置流道邊界條件Geometry——Parts——fluid——右鍵——Assign Parts to regions。
在上面的設(shè)置中，選擇為每個(gè)part創(chuàng)建一個(gè)區(qū)域，為每一個(gè)part的表面創(chuàng)造一個(gè)邊界，選擇好后，點(diǎn)擊apply
展開 STAR-CCM+&Amesim聯(lián)合仿真的液冷電池包熱管理
同時(shí)本人也在技術(shù)鄰平臺(tái)更新新能源動(dòng)力電池熱管理仿真和設(shè)計(jì)課程如下
1、 基于starccm+在動(dòng)力電池熱管理仿真技術(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)力電池熱管理設(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
