散熱系統(tǒng)的案例
電機(jī)散熱系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
采用高效可靠的散熱系統(tǒng)將電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量快速傳遞至外部，避免熱量在電機(jī)關(guān)鍵部件的積聚，保證電機(jī)始終工作在合適的溫度，對電機(jī)的壽命、效率和運(yùn)行安全性具有重要意義。
2 電機(jī)散熱系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
電機(jī)散熱系統(tǒng)分類及相應(yīng)電機(jī)照片如圖2所示，電機(jī)散熱系統(tǒng)主要包括風(fēng)冷、液冷、蒸發(fā)冷卻和額外熱路增強(qiáng)型散熱系統(tǒng)四大類,應(yīng)用最廣泛的是低成本、適用于小功率電機(jī)的風(fēng)冷散熱系統(tǒng)和高效率、適用于大功率電機(jī)的液冷散熱系統(tǒng)。利用液體沸騰氣化進(jìn)行高效散熱的蒸發(fā)冷卻技術(shù)主要應(yīng)用于兆瓦級發(fā)電機(jī)組的散熱系統(tǒng)。近年來，利用導(dǎo)熱絕緣材料或相變傳熱元件在電機(jī)關(guān)鍵發(fā)熱部件與冷卻殼體之間構(gòu)建額外熱路以強(qiáng)化電機(jī)散熱的額外熱路增強(qiáng)型電機(jī)散熱方案逐漸得到了研究和應(yīng)用。從技術(shù)角度看，任何一臺電機(jī)都可以隨意選取散熱系統(tǒng)形式，關(guān)鍵是根據(jù)電機(jī)的工作環(huán)境、發(fā)熱功率、可靠性、維護(hù)方便性和成本等因素選取合適的散熱系統(tǒng)。甚至可以將風(fēng)冷散熱系統(tǒng)和水冷散熱系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用，王金松等將封閉式內(nèi)通風(fēng)散熱系統(tǒng)和冷卻水套結(jié)合應(yīng)用于電機(jī)散熱系統(tǒng)，電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量在軸端風(fēng)扇的作用下進(jìn)入通風(fēng)管道，并與循環(huán)水套內(nèi)的冷卻水進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)了良好的散熱效果。
(a)風(fēng)冷散熱系統(tǒng)
(b)液冷散熱系統(tǒng)
(c)蒸發(fā)冷卻散熱系統(tǒng)
(d)額外熱路增強(qiáng)型散熱系統(tǒng)
圖2 電機(jī)散熱系統(tǒng)分類
Fig.2 Classification of motor cooling system
2.1 風(fēng)冷散熱系統(tǒng)
風(fēng)冷散熱系統(tǒng)通常在機(jī)殼表面設(shè)計(jì)翅片以增加換熱面積、提高散熱效率，具有制造工藝簡單、成本低廉和可靠性高等優(yōu)勢，在小功率密度電機(jī)散熱領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。風(fēng)冷散熱系統(tǒng)可以根據(jù)是否采用額外的增強(qiáng)空氣流動的裝置分為自然風(fēng)冷和強(qiáng)迫風(fēng)冷。
展開 高防護(hù)戶外儲能柜散熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
儲能設(shè)備散熱系統(tǒng)的合理化設(shè)計(jì)，仍是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)難題。本文運(yùn)用熱仿真軟件分析對比了散熱系統(tǒng)的3種送、回風(fēng)方式的散熱效果，并通過
高溫箱模擬高、低溫進(jìn)行熱測試，熱仿真
與熱測試相結(jié)合，以最快的速度、最低的成本實(shí)現(xiàn)散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
1 高防護(hù)戶外儲能柜散熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及對比
本文所提及的產(chǎn)品是容量為100kW·h的高防護(hù)戶外儲能柜，其防護(hù)等級可達(dá)IP55。該柜創(chuàng)新地采用組合式散熱系統(tǒng)，其中對溫度和環(huán)境敏感度高的電池艙采用空調(diào)散熱系統(tǒng)，對溫度和環(huán)境敏感度低的配電艙采用風(fēng)冷散熱系統(tǒng)。由于風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)較為成熟，且成本已壓縮到極限，因此此次組合式散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)只針對電池艙的空調(diào)散熱系統(tǒng)進(jìn)行。電池艙優(yōu)化共設(shè)計(jì)出3種方案，通過熱仿真軟件Flotherm進(jìn)行分析對比，擇優(yōu)選用。
3種方案中電池艙的結(jié)構(gòu)形式均相同，其中空調(diào)散熱系統(tǒng)所需制冷總量C的理論計(jì)算公式為:
式中:Ch為元器件發(fā)熱功耗，W；Cs為環(huán)境滲入(出)熱量，W；Cr為太陽輻射熱量，W。將Cs=117.2W、Cr=277.5W、Ch=1000W代入式(1)，得C=1394.7W，因此電池艙空調(diào)需選擇制冷量為1.5kW的工業(yè)空調(diào)。
方案一為電池艙空調(diào)的出風(fēng)和回風(fēng)均為自由進(jìn)出風(fēng)；方案二在電池艙空調(diào)的出風(fēng)口加裝專用風(fēng)道；方案三是在方案二的基礎(chǔ)上，局部加上風(fēng)機(jī)輔助出風(fēng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)離空調(diào)的柜體能夠均分空調(diào)吹出的冷風(fēng)。3種方案的示意圖如圖1所示。
展開 車用鋰離子動力電池風(fēng)冷散熱系統(tǒng)研究進(jìn)展
圖9 風(fēng)冷與PCM、熱管多方式耦合冷卻
圖10 風(fēng)冷與液冷、PCM 多方式耦合冷卻
將冷卻空氣引入電池內(nèi)部進(jìn)行直接風(fēng)冷會降低電池組密封性能，密封性能低可能會導(dǎo)致絕緣故障，為解決這一問題，將風(fēng)冷方式與整套熱交換系統(tǒng)耦合，由熱交換系統(tǒng)將電池內(nèi)部的熱量導(dǎo)出，最終冷卻空氣在電池殼體外部實(shí)現(xiàn)散熱冷卻。Park 等將熱交換系統(tǒng)管路圍繞在電池組殼體外側(cè)，熱交換系統(tǒng)包含進(jìn)氣口、出氣口、預(yù)定流動通道，通過風(fēng)扇和熱電元件控制冷卻空氣進(jìn)入熱交換系統(tǒng)的流動通道，從而將電池導(dǎo)出的潛熱散出。Mardall 等將熱交換器管道機(jī)械地和熱地耦合到電池組外殼基板的內(nèi)表面，電池組外殼外表面上流動的冷卻空氣將熱交換系統(tǒng)中的熱分離。
04
總結(jié)與展望
相比于低散熱效率的自然風(fēng)冷，強(qiáng)制風(fēng)冷是風(fēng)冷散熱系統(tǒng)中的主流冷卻方式。風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的散熱效率與電池組內(nèi)部排布結(jié)構(gòu)、進(jìn)出風(fēng)口設(shè)置、冷卻空氣流體參數(shù)等因素密切相關(guān)。通過采用優(yōu)化策略和優(yōu)化算法，以評判電池內(nèi)部溫度水平和溫度均勻性的指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)，對各類結(jié)構(gòu)與控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效提升風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的散熱效果。電動汽車的發(fā)展，對鋰離子動力電池的功率和車輛的續(xù)航里程提出了更高的要求，動力電池的能量密度、功率密度將逐漸增大，電池自身的發(fā)熱量和發(fā)熱功率也將隨之增大。盡管風(fēng)冷散熱系統(tǒng)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，散熱效率可以得到提升，但是空氣自身低熱容量、低導(dǎo)熱系數(shù)從本質(zhì)上決定了優(yōu)化提升空間有限。因此，風(fēng)冷散熱系統(tǒng)受制于其較低的散熱效率將逐漸難以滿足電池汽車未來的發(fā)展要求。
展開 計(jì)算機(jī)冷卻散熱系統(tǒng)分析 風(fēng)冷與液冷耦合 實(shí)例
該計(jì)算機(jī)冷卻系統(tǒng)散熱分析的實(shí)際例子
特點(diǎn)：
模型直接讀取；
網(wǎng)格自動劃分；
空氣流域自動生成；
冷卻液流域自動生成；
風(fēng)扇曲線工作點(diǎn)計(jì)算得出；
工程師所作的工作：
選擇網(wǎng)格定義等級
選取3D部件，定義材料物性；
選取3D部件，定義PCB板；
選取3D部件，定義熱源；
選擇二維面，定義接觸熱阻（導(dǎo)熱膠）；
操作簡單高效。。。。。。
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計(jì)算機(jī)冷卻散熱系統(tǒng)分析 風(fēng)冷與液冷耦合 實(shí)例
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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推廣程度的逐漸深入，應(yīng)用范圍不斷加大，對電池包散熱系統(tǒng)方案要求也越來越高。通過對電池散熱過程的熱仿真分析，可以預(yù)測電池溫度在放電過程中的變化趨勢，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，市場上主流的熱仿真分析軟件為Flotherm，今天小編將通過一個(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模型中是通過簡化模型繪制的，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，可以通過調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和擺放來改善溫度的不均衡度。
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該計(jì)算機(jī)冷卻系統(tǒng)散熱分析的實(shí)際例子
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風(fēng)扇曲線工作點(diǎn)計(jì)算得出；
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冷卻散熱系統(tǒng)分析1.rar
冷卻散熱系統(tǒng)分析2.rar
FLOTHERM——電子系統(tǒng)散熱仿真軟件的先驅(qū)
FloTHERM之介紹
FloTHERM軟件第一版問世至今日，F(xiàn)loTHERM的目標(biāo)一直非常明確，成為電子散熱系統(tǒng)最好的軟件，最受用戶喜歡的軟件。FloTHERM是電子行業(yè)熱分析軟件的市場領(lǐng)袖，在整個(gè)行業(yè)，其擁有絕對強(qiáng)勢的用戶、應(yīng)用案例、熱分析模型庫、技術(shù)文章。據(jù)第三方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球98%的用戶樂意向同行推薦FloTHERM。FloTHERM以其強(qiáng)悍的技術(shù)、精準(zhǔn)的求解結(jié)果、易學(xué)易用操作簡單一統(tǒng)整個(gè)電子散熱市場。
工程師可以使用FloTHERM快速創(chuàng)建電子設(shè)備虛擬模型，運(yùn)行熱分析，在建立物理樣機(jī)之前迅速便捷地測試設(shè)計(jì)修改。
FloTHERM使用高級CFD技術(shù)預(yù)測元器件級、板級、系統(tǒng)級的電子設(shè)備氣流、溫度、熱傳。
FloTHERM顯著特點(diǎn)
SmartParts 幫助工程師迅速創(chuàng)建模型
高級MCAD與EDA接口 方便導(dǎo)入現(xiàn)有的MCAD或者EDA模型文件
結(jié)構(gòu)化正交網(wǎng)格 縮短求解時(shí)間
展開 CAE在動力電池散熱系統(tǒng)分析中的應(yīng)用
通過使用CAE仿真技術(shù)，可以幫助研發(fā)人員建立虛擬的電池組和散熱通道的三維模型，在此基礎(chǔ)上分析散熱效果并對不同方案進(jìn)行對比和優(yōu)化，取代了試驗(yàn)方法，大大提高了設(shè)計(jì)效率。
下面以使用Flotherm對動力電池組散熱系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析為例，為電池組的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。
案例背景
對某電池組在25℃環(huán)境溫度下，1C放電一小時(shí)進(jìn)行模擬仿真，分析在電池組散熱系統(tǒng)中，截面溫度分布情況。
1.分析中采用的前提和假設(shè)
仿真分析中涉及的傳熱方式
同時(shí)考慮了各個(gè)零部件/元器件自身的傳導(dǎo)、與空氣之間的對流換熱，考慮主要部件的輻射換熱
分析模式
瞬態(tài)分析：在給定元件發(fā)熱功率的情況下，分析在此時(shí)間段內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)部的溫度分布情況
分析級別
獨(dú)立的系統(tǒng)，假設(shè)產(chǎn)品放置在自然環(huán)境中
仿真分析中的空間尺寸
電池包外圍尺寸
工作環(huán)境（溫度/海拔）
25℃環(huán)境溫度
總的功耗
單個(gè)電芯1C放電，20AH，2毫歐
放置方式
Z軸方向
其他處理
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，模型中不影響散熱性能的一些特征和元件忽略掉
采用的軟件
Flotherm 10.1
2.功耗及風(fēng)機(jī)設(shè)置
? 單個(gè)電池的發(fā)熱量按照放電電流1C和內(nèi)阻2毫歐姆確定，電池為20AH。
展開 一種節(jié)能熱管散熱系統(tǒng)在密閉充電堆中的應(yīng)用
熱管散熱系統(tǒng)隨著室內(nèi)外溫差的增大，呈線性增加，線性方程為Q=0.12△T+1.63，室內(nèi)外溫差越大換熱效果越好。
熱管系統(tǒng)在密閉電源系統(tǒng)中單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，由EER=0.31△T+3.88，即能效比與室內(nèi)外溫差呈線性關(guān)系。
熱管系統(tǒng)與壓縮冷凝空調(diào)系統(tǒng)相比耗電量可節(jié)約76.4%，全年能效比達(dá)到5.81。
新能源汽車電控系統(tǒng)及散熱技術(shù)簡述（上）
下半篇文章將介紹新能源汽車電控系統(tǒng)用先進(jìn)散熱技術(shù)。
ANSA在機(jī)艙散熱分析前處理中對冷卻系統(tǒng)簡化方法
概述
對發(fā)動機(jī)艙散熱采用模擬風(fēng)洞試驗(yàn)的CFD數(shù)值方法，用Fluent軟件模擬分析。用ANSA做前處理對冷卻系統(tǒng)所有部件進(jìn)行簡化處理，由于散熱器，中冷器，冷凝器是主要的散熱部件，風(fēng)通過散熱器、中冷器和冷凝器后存在壓差和熱傳遞現(xiàn)象，同時(shí)風(fēng)扇是主要的邊界加載部件，簡化時(shí)需要局部細(xì)化，得到可靠的有限元模型。
二.冷卻系統(tǒng)簡化
1.冷卻系統(tǒng)包括散熱器、中冷器、冷凝器以及風(fēng)扇。散熱器保持外部輪廓，散熱片和內(nèi)部結(jié)構(gòu)刪除，局部特征全部簡化，散熱器除管柱外單獨(dú)成封閉體，內(nèi)部無面或體結(jié)構(gòu)。散熱系統(tǒng)網(wǎng)格尺寸8~10mm。
簡化前散熱器
簡化后散熱器
2.中冷器用外表面簡化，單獨(dú)成封閉體，內(nèi)部無面或體結(jié)構(gòu)，小的結(jié)構(gòu)或特征可以簡化掉。
簡化前中冷器
簡化后中冷器
3.冷凝器部分用外表面簡化，單獨(dú)成封閉體，管柱用外表面簡化，內(nèi)部無多于的面或體，局部特征可直接簡化，保留主體輪廓。
簡化前冷凝器
簡化后冷凝器
4.儲液罐影響風(fēng)的流速和流向，簡化時(shí)保留罐體和管柱表面，罐體和管柱節(jié)點(diǎn)重合，并成獨(dú)立體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部無多余的面或體，直徑小于12mm的管柱可簡化掉。
簡化前儲液罐
簡化后儲液罐
5. 風(fēng)扇葉片以及支架簡化。風(fēng)扇葉片需要細(xì)化，用外表面簡化，葉片上特征保留并細(xì)化，葉片轉(zhuǎn)軸主體表達(dá)主要輪廓，小特征、螺栓和凸臺等特征直接簡化掉。整個(gè)葉片成單獨(dú)的封閉體，內(nèi)部無面或體結(jié)構(gòu)。葉片需要外加封閉體將葉片包住，輪廓稍大于葉片。
展開 新能源汽車電控系統(tǒng)及散熱技術(shù)簡述（上）
下半篇文章將介紹新能源汽車電控系統(tǒng)用先進(jìn)散熱技術(shù)。
ANSA在機(jī)艙散熱分析前處理中對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡化方法
ANSA在機(jī)艙散熱分析前處理中對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡化方法
一. 概述
對發(fā)動機(jī)艙散熱采用模擬風(fēng)洞試驗(yàn)的CFD數(shù)值風(fēng)洞方法，用Fluent軟件模擬分析。通過ANSA前處理對內(nèi)部流場，包括散熱器，中冷器和冷凝器等通氣邊界進(jìn)行簡化。由于底盤模型復(fù)雜，需對底盤部件做相應(yīng)的簡化，包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，空調(diào)散熱系統(tǒng)，前艙附件，進(jìn)排氣系統(tǒng)，動力總成系統(tǒng)等，為流場分析提供可靠的有限元模型。本文主要用ANSA來簡化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型。
二.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)簡化
1.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用外表面簡化，局部細(xì)小特征可直接簡化，保留主要外部輪廓即可，內(nèi)部無面或體結(jié)構(gòu)，基本尺寸8~10mm。
簡化前
簡化后
2.萬向節(jié)可以直接用圓柱面簡化鏈接，所有內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接簡化掉。
簡化前
簡化后
3.整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只保留機(jī)艙里部分模型，均用外表面簡化，部分伸入乘員艙里的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型以前擋板為分界可刪除。
簡化前整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型
簡化后整個(gè)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型
4. ANSA在做CFD模型簡化時(shí)對補(bǔ)曲面，弧面，倒角等特征面高效準(zhǔn)確，同時(shí)能快速生成高質(zhì)量有限元網(wǎng)格，它也能為fluent提供了完美的接口。
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