電池模塊
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
電池模塊的視頻教程
Ansys在動力電池設計中的技術進展及應用
針對鋰電池，Ansys FLUENT提供了MSMD模塊和詳細3D電化學模型，可完成從電極-電芯-模組-PACK不同級別的電熱耦合、熱失控等仿真，并且和Twin Builder一起實現(xiàn)BMS系統(tǒng)級仿真；針對燃料電池，F(xiàn)LUENT提供了PEMFC和SOFC兩類燃料電池仿真模塊，可完成電池單體或PACK級的穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)仿真。
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電池模塊的實例教程
本工作以某型集裝箱內(nèi)的電池模塊為研究對象，通過在電池模塊內(nèi)布置導流板來改善電池模塊內(nèi)的流場分布特性從而改善電池散熱面的溫度分布特性，從而為電池提供一個較好的工作環(huán)境。在此基礎上，對于導流板的布置規(guī)律進行總結，為解決工程實際提供技術參考。
1 數(shù)值計算方法
1.1 電池模塊模型參數(shù)
集裝箱內(nèi)的電池模塊布置模型如圖1 所示。電池模塊的幾何尺寸為698 mm×455 mm×188 mm，每個電池的尺寸為174 mm×47.5 mm×127 mm，如圖2所示，內(nèi)部電池的布置方式為3 排電池平行布置，每排由8 塊電池組成， 其中電池的間隙如圖3所示。
圖1 集裝箱布置圖
圖2 電池模塊三維模型
圖3 電池模塊內(nèi)部電池布置俯視
1.2 控制方程
本工作利用Fluent 數(shù)值仿真來對建好的網(wǎng)格模型進行迭代仿真計算。在Fluent 仿真軟件中選用標準的k-ε 湍流模型對電池模塊內(nèi)的流體進行描述。根據(jù)實際情況而言，電池模塊內(nèi)的空氣流速相對于空氣中聲音的傳播速度來說很小，所以這種情況下空氣可以認為是不可壓縮的流體。
標準k-ε 模型的湍動能k 和耗散率ε 方程見式(1)、式(2)
1.3 結構化網(wǎng)格劃分
結構化網(wǎng)格可以很容易地實現(xiàn)區(qū)域的邊界擬合，適于流體和表面應力集中等方面的計算。而且這種網(wǎng)格還具有生成速度快、質(zhì)量比非結構化網(wǎng)格好，計算時花費的時間更少等優(yōu)點。故考慮到運算時間成本和建模時間成本，本文采用結構化網(wǎng)格來對模型進行劃分。與此同時為了增加模擬的精確性在電池間隙、電池模塊壁面以及過渡處進行邊界層加密處理。
1.4 網(wǎng)格獨立性測試
基于上文提到的模型進行網(wǎng)格獨立性驗證，本節(jié)做出了4 套不同數(shù)量的網(wǎng)格對其電池散熱面的最高溫度進行監(jiān)測，用來驗證網(wǎng)格的無關性，結果見表1。
展開 表3 Resin PU 925材料屬性表
1.4.2電池管理模塊設計的有限元模型
電池管理模塊新設計的有限元模型如下圖所示。
圖15 電池模塊新設計的有限元模型
由于灌封膠材料特性隨溫度變化的大致規(guī)律類似，如果在降溫過程電池管理模塊可以正常工作，在升溫過程電池管理模塊也可以正常工作。在仿真分析計算時可以只計算低溫過程，這樣可以減少計算量。為了減少計算量，對電池管理模塊的新設計模型只計算降溫過程。
1.4.3工況25~-40oC分析結果
電池管理模塊新設計和初始設計在降溫過程的分析結果對比如下表所示。
表4 新設計和初始設計在降溫過程的分析結果對比
新設計和初始設計降溫過程仿真分析結果對比表明，電池管理模塊新設計中微控制器管腳以及其他器件的應力顯著減少，基本上應力都沒有超過每個材料的極限強度。這樣管理管理模塊的新設計可以經(jīng)受住高低溫試驗的考驗。
電池管理模塊新設計在25~-40℃降溫過程的部分關鍵部件仿真分析結果如下圖所示。
電池模塊原始設計25~-40oC降溫過程的總變形云圖表明：電路板的變形減小并且變形趨于一致。
在電池管理模塊新設計中，在降溫過程仿真中微控制器管腳的應力達到了257.1MPa，比原始設計大大減小。焊錫的最大應力為59.7MPa，沒有超過焊錫的強度極限。密封膠的最大應力為1.6MPa，比原始設計大大減小。
展開 1.4電池管理模塊新設計
1.4.1電池管理模塊新設計
通過上述分析結果表明，選擇彈性模量低以及熱膨脹系數(shù)小的灌封膠有利于減少熱應力。另外如果灌封膠的玻璃轉(zhuǎn)化溫度接近或者處于電池管理模塊的工作溫度范圍之外，灌封膠的性能將相對穩(wěn)定，電池管理模塊中各器件中的熱應力將不會發(fā)生劇烈變化，有助于延長各器件的壽命。
圖14 電池管理模塊新設計幾何模型
在電池管理模塊新設計模型中，去除了外殼背部的三個加強筋，如上圖所示。另外將灌封膠材料更換為彈性模量和熱膨脹系數(shù)較小的Resin PU 925。Resin PU 925的工作溫度為-40~120℃，硬度為Shore A 70~75，彈性模量為14MPa，熱膨脹系數(shù)為65ppm/K(<-20℃)和200ppm/K(>-20℃)。
表3 Resin PU 925材料屬性表
1.4.2電池管理模塊設計的有限元模型
電池管理模塊新設計的有限元模型如下圖所示。
圖15 電池模塊新設計的有限元模型
由于灌封膠材料特性隨溫度變化的大致規(guī)律類似，如果在降溫過程電池管理模塊可以正常工作，在升溫過程電池管理模塊也可以正常工作。在仿真分析計算時可以只計算低溫過程，這樣可以減少計算量。為了減少計算量，對電池管理模塊的新設計模型只計算降溫過程。
1.4.3工況25~-40oC分析結果
電池管理模塊新設計和初始設計在降溫過程的分析結果對比如下表所示。
表4 新設計和初始設計在降溫過程的分析結果對比
新設計和初始設計降溫過程仿真分析結果對比表明，電池管理模塊新設計中微控制器管腳以及其他器件的應力顯著減少，基本上應力都沒有超過每個材料的極限強度。這樣管理管理模塊的新設計可以經(jīng)受住高低溫試驗的考驗。
展開 據(jù)外媒報道，韓國現(xiàn)代摩比斯公司（Hyundai Mobis）試圖利用用于氫燃料純電動汽車上的氫燃料電池模塊，打造可為建筑物提供電力的氫能發(fā)電系統(tǒng)。該公司也是全球首家可在專門工廠生產(chǎn)氫燃料純電動汽車所需的所有核心配件的公司。
現(xiàn)代摩比斯表示，其已經(jīng)在位于韓國忠清北道忠州（Chungju, Korea）的氫燃料電池工廠內(nèi)打造了“氫能應急發(fā)電系統(tǒng)”，而且開始了試運行。
該氫能應急發(fā)電系統(tǒng)可在工廠停電時，用作應急電源，也可用作季節(jié)性用電高峰期時的輔助電源。氫燃料汽車零部件工廠運行所需電力的一部分來自于氫氣。該系統(tǒng)的氫燃料電池模塊直接來自于Nexo氫燃料純電動汽車，該汽車目前正處于量產(chǎn)。現(xiàn)代摩比斯將5個汽車氫燃料電池連接起來，組成了一個發(fā)電系統(tǒng)，最大容量為450kW，約合忠州工廠總耗電量的7%。可用作應急電源或用電高峰期的輔助電源。
該氫能發(fā)電系統(tǒng)具數(shù)量調(diào)節(jié)、安全性、節(jié)能、無污染和低噪音等優(yōu)點。首先，其最大優(yōu)點就是能夠控制發(fā)電所需的燃料電池模塊的數(shù)量。根據(jù)所需的應急電源和輔助電源數(shù)量，可以連接盡可能多的燃料電池模塊。此外，由于氫燃料電池模塊的各個部件都具防爆設計，而且還配備了自動測氫和外部排氣系統(tǒng)，因此也不存在安全問題。目前，制氫和用氫的基礎設施不夠完善，安裝成本也較高，但是如果能大力利用氫能，現(xiàn)代摩比斯也有望提高其發(fā)電系統(tǒng)的價格競爭力。
現(xiàn)代摩比斯計劃以這次忠州工廠示范運營為開始，在韓國及海外其他生產(chǎn)基地安裝更多氫能應急發(fā)電系統(tǒng)。
來源：蓋世汽車網(wǎng)
展開 蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，豐田北美公司表示，將于2023年開始在其位于肯塔基州的喬治敦（Georgetown）裝配廠內(nèi)生產(chǎn)大型“集成雙燃料電池模塊”，這些模塊將為豐田的8級半掛牽引車提供動力。肯塔基工廠同時還負責生產(chǎn)豐田凱美瑞（Camry）和雷克薩斯ES 350車型。
Mirai（圖片來源：豐田）
過去數(shù)十年中，豐田一直在進行氫燃料電池的實驗，包括在2014年推出Mirai氫動力轎車。該公司還一直在美國加州的長灘（Long Beach）運營著一個氫動力卡車測試車隊。值得一提的是，雖然氫動力車輛在使用過程中不會產(chǎn)生排放，但是氫氣在被制成燃料的過程中卻會產(chǎn)生排放。
該公司發(fā)言人表示，燃料電池模塊的外形與8級半掛車的重型柴油發(fā)動機的空間基本相同。豐田肯塔基州動力系統(tǒng)負責人David Rosier在一份聲明中表示，這些模塊可以將大約40噸重的貨物拖到300英里（約480公里）以外，同時還具有“卓越的性能、安靜的操作，以及零排放”等優(yōu)勢。
豐田并未透露是否已經(jīng)有客戶決定購買其燃料電池模塊，但是該公司在一份聲明中稱，這些模塊“將使豐田的電動化戰(zhàn)略進一步受到重視，它可以讓卡車制造商在豐田的技術支持下，將零排放燃料電池電動技術納入現(xiàn)有平臺”。
豐田表示，將在下周于長灘舉行的2021年先進清潔運輸（ACT）博覽會上展示燃料電池模塊。屆時該公司還將展示一輛由豐田燃料電池套件提供動力的原型卡車。
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