電池包熱應力仿真的案例
新能源電池包熱應力防護如何筑牢安全防線？
Ansys熱應力分析可使電池包散熱板開裂風險降低30%、熱失控預警時間提前8分鐘，構建全周期安全防護體系，技術鄰依托資深師資團隊打造的定制培訓，能讓企業工程師快速掌握這套核心防護技術。
新能源汽車電池包的熱應力安全問題，是制約行業發展的關鍵瓶頸。電池包在充放電、高溫環境及熱失控初期均會產生顯著熱應力，若管控不當，極易引發殼體破裂、電芯擠壓短路等嚴重安全隱患。技術鄰服務20+新能源頭部企業的實戰經驗顯示，電池包熱應力相關故障中，正常工況下的散熱板開裂占比23%，熱失控初期的殼體破裂占比35%，而Ansys熱應力分析可針對性構建全周期防護體系。更重要的是，技術鄰通過定制培訓，將這套前沿技術轉化為工程師的實操能力，其師資力量堪稱行業標桿——講師團隊均具備10年以上Ansys仿真經驗，且持有Ansys官方認證資質，深度參與過電池包熱安全項目，能精準對接企業實際需求。
在正常工況的熱應力管控中，快充場景的熱堆積問題尤為突出。電池包快充時，電芯因焦耳熱溫度從25℃快速升至50-60℃，鋼質散熱板與鋁合金電芯的熱膨脹系數差異達1.8倍，極易引發接觸熱應力，形成“熱應力升高-散熱失效-溫度驟升”的惡性循環。Ansys通過兩大核心手段破解這一難題：一是材質匹配驗證，通過仿真對比鋼質、鋁合金、鎂合金三種散熱板材質的應力分布，最終選定鋁合金材質，使接觸應力從180MPa降至117MPa；二是整體應力優化，在殼體螺栓處增加硅膠緩沖墊片，將局部應力降低30%，徹底避免殼體變形開裂。同時，Ansys可精準模擬不同充放電倍率下的熱應力變化，1C倍率充電時熱應力值為90MPa，2C快充時增至150MPa，為液冷系統調控提供精準數據支撐。這些實操技巧，正是技術鄰培訓的核心內容，講師會以企業真實電池包模型為案例，手把手指導學員完成材質選型、應力優化的全流程仿真操作。
展開 元王仿真云案例精選丨基于Flotherm的電池包熱仿真分析
在國家節能環保的號召下，電動汽車越來越普及，廠商們在電池包的設計上下足了功夫，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的重要組成部分，其主要功能是通過冷卻系統和熱電阻加熱裝置使電池溫度處于正常工作溫度范圍。電池熱管理系統的功能主要包括：
1）電池溫度的準確測量和監控；
2）有效的散熱和降溫功能；
3）低溫條件下的快速加熱，使得電池系統處于正常運行的溫度范圍；
4）保證電池組溫度的均勻分布，降低單體電池溫度差異性。
熱管理系統設計目標是根據整車典型的運行工況和鋰離子電池的發熱功率，選擇合適的熱管理方式，基于電池的溫度特性合理設計熱管理策略，保證電池包內各個電池都工作在合理溫度范圍內，同時盡量維持電池包內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，平衡協調電池包各性能指標，尋求更優的電池包熱設計，對電池包進行熱仿真分析必不可少。
下面就為大家介紹一個強迫風冷熱仿真案例，看看該如何進行電池包熱仿真。
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。</p><p>將3D模型導入到<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" rel="noopener noreferrer" target="_blank
展開 【CFD專欄】圓柱電池包如何進行熱仿真？
圓柱電池（cylindrical cell）技術成熟，成本低，單體一致性較好，在新能源車中得到廣泛應用。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導熱性能差別較大。在電池包熱仿真模型中，不太可能對單個電芯進行詳細建模，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，那么數百個電芯都要創建各自的圓柱坐標系 (RTZ)，頗為麻煩。
圓柱電芯拆解圖
使用 SimLab 實現
圓柱電芯的熱屬性批量定義
在 Altair SimLab? 中不僅可以處理復雜的裝配體 CFD 網格，而且可以利用 Python 腳本輕松實現圓柱電芯的熱屬性批量定義。
展開 
STAR-CCM+&Amesim聯合仿真的液冷電池包熱管理
公眾號：新能源汽車熱管理仿真技術，關注，可領取更多熱管理方面資料。
同時本人也在技術鄰平臺更新新能源動力電池熱管理仿真和設計課程如下
1、 基于starccm+在動力電池熱管理仿真技術應用、
2、新能源汽車PACK熱流體仿真進階20講
3、新能源動力電池熱管理設計入門到進階23講
4、 Hypermesh網格劃分-精講進階視頻教程
5、有限元分析ANSA19.0視頻教程零基礎入門到精通50講
6、Hypermesh軟件CAE流體網格劃分CFD前處理
展開 電動汽車電池包熱仿真Step by Step教程
作者：王永康
來源： 仿真秀 （ID:fangzhenxiu2018）
導讀
本案例主要是對某電動包Pack進行整包的熱仿真計算。詳細講解了電池包CAD模型的修復處理、CAD模型導入Icepak、Icepak熱模型的修復、Icepak熱模型的網格劃分過程及修復、求解計算的設置、直到最終后處理顯示，并提出熱流優化的方向。通過Step by step進行講解，用戶可學習到：
① SCDM修復此類電池包的技巧及規則
② SCDM如何將CAD模型導入Icepak
③ Icepak熱模型的網格劃分技巧
④ 熱模型求解計算的設置
⑤ Icepak后處理結果顯示
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、出風口及三個軸流風機；對于此類機箱熱模擬而言，需要輸入風機本身的P-Q曲線，設置電池包各個部件的材料屬性（尤其是導熱率）和熱耗；在計算強迫風冷的同時，考慮電池包外部空氣區域與外殼的自然對流及輻射換熱計算。
展開 液冷電池包熱管理-基于star-ccm+＆Ａmesim聯合仿真
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 軟件聯合對液冷電池包進行熱管理仿真，分析流場和溫度場的分布情況，預測綜合工況下電池包模組的最高溫度和模組間溫差分布，并通過熱管理試驗驗證三種工況下試驗結果與仿真結果是否吻合 ，以提高仿真精度。
動力電池包內熱量的累積不僅影響電池的使用效率及使用壽命，同時易造成動力電池系統故障并引發安全事故［，因此準確預測電池包內溫度分布，并對溫度場進行分析具有重要意義。動力電池包熱管理系統設計中，通常結合仿真來預測電池包的溫度分布、冷卻系統的流量分配和壓力分布等，從而預測熱管理系統的性能。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節，但３Ｄ仿真軟件計算瞬態工況耗時較長，不便或無法用于系統級別仿真以及控制策略仿真；１Ｄ仿真從系統角度出發，模型從電池包擴展至包含整個冷卻／加熱系統外部環路等，由于建模中對各相應部件進行了簡化，在對系統性能進行仿真的時候，能大大提高仿真速度，通常用于系統級別的瞬態循環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，關注回復“1”，可領取更多熱管理方面資料。
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
儲能電池的熱仿真及其產熱分析
,電池溫度升高會進一步促使反應的加劇,從而形成產熱與溫升的正反饋?當溫度超過一定限制時,電池可能會出現膨脹?泄露?乃至爆炸等不安全因素?不僅如此,在充電過程中負極側極易產生鋰枝晶而易縮短電池壽命?因此,對電池的產熱行為深入研究對電池的安全保障及延長電池壽命有著極大的幫助?
目前已經商業化生產并使用的獨立式光伏系統中一般采用蓄電池作為儲能裝置,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建儲能裝置已成為目前研究的一大重點?本文采用儲能電池常用的磷酸鐵鋰電池(LiFePO4)作為研究目標,計算出仿真過程中所需的熱物理參數,使用ICEM CFD繪制電池模型并畫出結構化網格,轉而使用ANSYS Fluent軟件進行數值仿真,研究單體電池在1C恒流放電時溫度分布情況,最后與實驗數據對比驗證仿真結果的準確性。
展開 Flotherm基礎和Flotherm應用（電池包）熱分析課程！
電子設備熱設計的需求與日俱增。隨著電子產品熱流密度的增加，溫度控制不當成為當代電子產品失效的主要原因，產品散熱設計在整機中所占據的成本比重迅速增加，熱設計逐漸成長為產品核心競爭力因素之一。應廣大客戶要求，元王將于2018年7月12、13日開展Flotherm基礎課程培訓，并于2018年8月2、3日開展電池包熱分析Flotherm應用課程，歡迎各界人士報名參加！
培訓時間：
Flotherm基礎課程：7月12日-13日；
Flotherm應用課程（電池包熱分析）：8月2日-3日；
培訓地點：
深圳市南山區科技路1號桑達科技大廈208室；
費用說明：
Flotherm基礎課程：1000元/人；
Flotherm應用課程（電池包熱分析）：2000元/人；
費用包含培訓費，稅費，電子檔教材，元王記事本，簽字筆；參與線下培訓的學員還包含茶歇、午餐費用；
設備說明：
所有學員需自備筆記本電腦（64位操作系統，內存2G以上），外地學員有住宿要求的人員可統一協助安排酒店，費用自理；
優惠說明：
1、3人及3人以上團體報名的學員，可享受8.5折優惠；
2、兩個課程同時報名，可享受9折優惠；
報名電話：0755-27916636
展開 熱仿真分享 | 動力電池PACK熱管理系統性能研究-STARCCM+
2、液冷模式電池熱管理設計
2.1、系統組成
基于液體的熱管理系統可同時實現對電池冷卻和加熱，系統主要包括液冷板、管路、低溫散熱器、電池冷卻器、冷卻液循環泵、PTC水加熱器、水箱以及冷源等。其中低溫散熱器、電池冷卻器、循環水泵、PTC水加熱器和整車熱管理系統集成或者集成于獨立冷源，公眾號-新能源電池熱管理。
2.2、系統原理
基于液體的電動汽車動力電池熱管理具體工作原理如圖1所示。
電池包不需要冷卻時(如電池包內溫度25℃)，則不啟動制冷系統和電池包液冷系統。
低溫散熱工況：當外界環境溫度不高(如10℃)，電池包內部溫度較高(如35℃)時，暫不用開啟空調壓縮機，通過循環泵使冷卻液在液冷系統循環，帶走電池熱量，最終熱量通過低溫散熱器散發，從而達到對電池包的降溫的目的。
高溫散熱工況：當外界環境溫度較高(如40℃)，電池包內部溫度較高(如45℃)時，此時溫差較小，如果只通過低溫散熱循環來冷卻電池包比較困難，所以關閉低溫散熱器的冷卻回路。開啟制冷系統，此時電池冷卻器可以看作蒸發器，吸收冷卻液(乙二醇水溶液)熱量，冷卻液降溫后進入冷板對電池包進行冷卻。
加熱工況：當外界環境溫度低于0℃時，需要開啟加熱裝置，循環水泵，關閉低溫散熱回路和制冷系統，通過加熱裝置加熱乙二醇水溶液，輸送到冷板對電池包進行加熱。
根據上述產熱模型計算出電池的發熱功率，并結合系統組成和工作原理得到所需換熱面積和冷卻液流量，然后進行液體熱管理冷板和管路設計。具體設計結果如圖2所示。
展開 
熱仿真分享 | 動力電池PACK熱管理系統性能研究-STARCCM+
2、液冷模式電池熱管理設計
2.1、系統組成
基于液體的熱管理系統可同時實現對電池冷卻和加熱，系統主要包括液冷板、管路、低溫散熱器、電池冷卻器、冷卻液循環泵、PTC水加熱器、水箱以及冷源等。其中低溫散熱器、電池冷卻器、循環水泵、PTC水加熱器和整車熱管理系統集成或者集成于獨立冷源，公眾號-新能源電池熱管理。
2.2、系統原理
基于液體的電動汽車動力電池熱管理具體工作原理如圖1所示。
電池包不需要冷卻時(如電池包內溫度25℃)，則不啟動制冷系統和電池包液冷系統。
低溫散熱工況：當外界環境溫度不高(如10℃)，電池包內部溫度較高(如35℃)時，暫不用開啟空調壓縮機，通過循環泵使冷卻液在液冷系統循環，帶走電池熱量，最終熱量通過低溫散熱器散發，從而達到對電池包的降溫的目的。
高溫散熱工況：當外界環境溫度較高(如40℃)，電池包內部溫度較高(如45℃)時，此時溫差較小，如果只通過低溫散熱循環來冷卻電池包比較困難，所以關閉低溫散熱器的冷卻回路。開啟制冷系統，此時電池冷卻器可以看作蒸發器，吸收冷卻液(乙二醇水溶液)熱量，冷卻液降溫后進入冷板對電池包進行冷卻。
加熱工況：當外界環境溫度低于0℃時，需要開啟加熱裝置，循環水泵，關閉低溫散熱回路和制冷系統，通過加熱裝置加熱乙二醇水溶液，輸送到冷板對電池包進行加熱。
根據上述產熱模型計算出電池的發熱功率，并結合系統組成和工作原理得到所需換熱面積和冷卻液流量，然后進行液體熱管理冷板和管路設計。具體設計結果如圖2所示。
展開 新能源動力電池熱仿真熱關鍵參數獲取解密
首先，參考電池廠家羅列的資料，如下表所示，獲取電池材料的密度、比熱容、導熱系數等參數。
實際熱仿真建模，不可能按照真實的疊層材料結構進行精細建模，我們需要通過理論經驗公式獲取電池單體的熱物性參數，即：利用整體思路解析出電池的密度、比熱容和導熱系數等參數。
另外，就是電池熱耗獲取，電池熱耗包含反應熱，內熱阻焦耳熱，極化熱和副反應熱，實際評估，副反應熱可以忽略不計。
最后，就是網格劃分和模擬計算了。
展開 新能源汽車動力電池熱管理熱流體仿真案列分析
自2019年10月10日起，我將在平臺發布《新能源汽車PACK熱流場分析進階16講》。
當前我已經更新到第15期，感興趣的朋友可以關注和訂閱，微信：fxy331386375或加動力電池交流群：701157725關注公眾號：“新能源汽車熱管理仿真技"獲得更多免費資料。
一起交流學習和進步本人提供資料模型和學習答疑，希望對學習型工程師有所幫助吧！學習鏈接https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14059
本案列電池系統采用液冷熱管理方式的，如圖1和圖2所示是電池PACK系統前處理模型，主要包括：上下箱體，液冷板，導熱墊、隔熱護板、絕緣板、模組等結構，由4個模組成，每個模組由18個50Ah方形電芯組成。液冷系統采用兩進兩出的并聯方式，箱體采用集成液冷系統設計，通過型材水冷板總成和框架總成通過FDS工藝和涂膠工藝進行固定和密封，該系統優勢在于液冷系統的結構組件借用了箱體的結構組件使得電池系統更輕。
利用ANSYS-SCDM軟件對電池包PACK建模前處理，以STAR-CCM+軟件作為液冷系統流場仿真和PACK熱場仿真的工具，建立熱流場仿真分析模型，最終實現了對動力電池在低溫停車加熱工況，常溫行車、高溫行車等工況PACK內部電池溫度變化情況仿真，同時實現了對液冷系統內部壓降和流量均勻性仿真，對冷板結構設計提出合理依據。
圖1 PACK系統簡化數模
圖2 PACK系統簡化數模爆炸圖
一、 模型簡化
通過分析數模的結構組成及各部件的作用以評估各部分對熱系統的影響，進而決定對部件的保留、簡化、還是舍棄。模型簡化的原則，在盡可能仿真精度的情況下，通過簡化減少網格的數量同時提高網格質量，提高計算效率。
展開 鋰電池仿真熱失控仿真解決方案
本文主要分享公司某工程師關于鋰電池仿真、熱失控仿真解決方案。
本案例模型及相關操作，請與我溝通交流。
