電池熱分析的案例
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 Flotherm在電池模組熱仿真分析中的應用實例
Flotherm在電池模組熱仿真分析中的應用實例
前 言：
電池模組是由多個電芯在綜合考慮電池本體機械特性、熱特性和安全特性，通過串聯或并聯而成的模組化結構，其中最廣泛的一個應用就是新能源動力電池包。影響電池模組的一個最大因素就是溫度，化學電池只有在一定溫度范圍內工作，才能保證其性能和壽命，而電池模組在充、放電的時候也會產生熱量，從而影響被供電部件的正常工作。因此，針對電池組的熱仿真分析是其優化設計的重中之重。我司通過業界認可度最高的熱設計軟件Flotherm對電池模組進行熱仿真分析，為客戶的產品保駕護航！
分析采用的假設：
進風口為兩個AD1212HB-F91GP(FCU)風扇，出風品為兩個AD0912XB-F93DS風扇；
AD1212HB-F91GP(FCU)風扇最大流量為199.73CFM,最大靜壓為0.625inH2O, AD0912XB-F93DS風扇最大流量為135CFM,最大靜壓為0.74inH2O ；
電池模組工組環境溫度為海平面42度狀況下；
分析采用瞬態，分析周期為30分鐘，單個電芯發熱功率假設為0.25W；
電池的導熱率假設為 6.8W/m-K,其他部件根據材料實際參數設置；
模型中對于仿真影響較小的部件或特征進行了簡化或省略；
分析軟件采用Flotherm 9.1.
分析模型介紹：
電池模組表面溫度分布云圖 （正向）：
電池模組表面溫度分布云圖 （反向）：
根據電池模組溫度云圖可以看出，電池表面最高溫度為72.9度，發生在靠近出風口底面處。
展開 動力電池熱管理仿真分析教程
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
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
一、為什么要做汽車熱流場仿真分析
動力電池是電動汽車的能量來源，在充放電過程中電池本身會產生一定熱量，從而導致溫度上升，而溫度升高會影響電池的很多特性參數，如內阻、電壓、SOC、可用容量、充放電效率和電池壽命。高溫將大大降低電池的日歷壽命，從而影響到整車的性能和使用壽命。溫度過低也會使得動力電池容量下降，充電時間過長，從而影響電動車的性能。
鋰電池Pack設計中往往會借助熱流體仿真分析來輔助工程師完成pack熱管理系統設計，
借助熱流體仿真分析工具，大部分的Pack熱管理設計工作和部分測試工作都可以在電腦上完成。大量的設計、制造、測試工作可以被省略，Pack設計的成本也會大幅度下降。
本課程案例：基于目前市場上主流的動力電池的熱管理設計都是采用液冷設計，本案列以采用液冷的方式對新能動力電池進行液冷或液熱，以ANSYS-SCDM軟件做為電池包PACK建模的前處理器，以STAR-CCM+軟件作為液冷系統流場仿真和PACK熱場仿真的求解器，建立了液冷系統流場仿真和PACK熱場仿真分析模型，最終實現了動力電池在低溫停車加熱工況，常溫行車、高溫行車工況PACK內部電池溫度變化情況，提出合理的對仿真結果評估的方法
本課程不僅僅是關于動力仿真流程學習課程，同時也是對新能源汽車動力電池熱管理技術設計經驗分享課程。
展開 【5月24-27日 北京】新能源系統電池結構與熱分析工程項目案例專題
25個實例模型課程中人手一機操作指導
1、新能源汽車動力鋰電池結構安全性能仿真
案例01：車輛極限行駛工況下電池包強度分析案例
案例02：電池包振動特性仿真案例（基于GB/T31467.3-2015振動測試）
案例03：電池包擠壓仿真案例（基于GB/T31467.3-2015擠壓測試）
案例04：電池模組擠壓仿真案例（基于GB/T31467.3-2015擠壓測試）
案例05：電池包機械沖擊仿真案例（基于GB/T31467.3-2015機械沖擊測試）
案例06：車輛碰撞工況下電池包強度仿真案例（基于GB/T31467.3-2015模擬碰撞測試）
案例07：電池包跌落仿真案例（基于GB/T31467.3-2015跌落測試）
2、新能源汽車動力鋰電池熱管理性能仿真
案例08：電池模組瞬態熱分析案例
案例09：電池包瞬態熱分析案例
案例10：電池包自然散熱分析案例
案例11：電池包強制風冷散熱分析案例
案例12：電池模組電熱耦合仿真案例
案例13：電池包水冷壁流場仿真案例
案例14：電池包冷卻系統匹配案例
案例15：電池包加熱系統匹配案例
3、儲能系統鋰電池結構安全性能仿真
案例16：電池包振動仿真案例（基于UN38.3測試標準）
案例17：電池包機械沖擊仿真案例（基于UN38.3測試標準）
案例18：車輛極限行駛工況下的電池機架強度分析案例
案例19：電池機架振動仿真案例（基于公路運輸標準）
案例20：電池機架機械沖擊仿真案例（基于公路運輸標準）
案例21：電池機架吊裝工況強度分析案例
案例22：儲能集裝箱箱體吊裝工況強度分析案例
案例23：儲能集裝箱箱體吊裝時意外跌落仿真案例
4、儲能系統鋰電池熱性能仿真
案例24：電池包熱仿真案例
案例25：儲能系統熱仿真案例
展開 
新能源汽車動力電池熱管理熱流體仿真案列分析
熱管理系統設計結構圖如下：
圖5 熱管理系統設計結構圖
三、 仿真分析
鋰電池Pack設計中往往會借助熱流體仿真分析來輔助工程師完成pack熱管理系統設計，在熱管理系統設計階段，可對Pack、模組或電池進行熱場仿真分析，根據仿真結果快速地選擇出冷卻、加熱和保溫方式；在冷卻子系統設計階段，可以對Pack、模組或電池（帶冷卻子系統）進行熱場和流場仿真分析，根據仿真結果確定冷卻通道設計、冷卻介質、冷卻入口溫度和流量以及風扇或泵的參數等。
借助熱流體仿真分析工具，大部分的Pack熱管理設計工作和部分測試工作都可以在電腦上完成。大量的設計、制造、測試工作可以被省略，Pack設計的成本也會大幅度下降。下面基于案例的方式，介紹一下動力電池熱管理仿真分析的基本流程和技巧。
該案列液冷系統的設計目標為：在指定工況下運行，電池系統內部電芯的最大溫度小于50℃；電芯之間的溫差小于等于5℃；液冷系統的壓降小于10kPa，依據下圖7電芯單體的產熱數據，計算在1c滿放的情況下電池系統的產熱功率。
利用STAR-ccm+軟件的VOF模型，清楚的仿真出液冷板內從開始注入冷卻液到注滿冷卻熱的過程。
設置進口兩相材料的體積分數：cooling water：air=1：0
設置出口兩相材料的體積分數cooling water：air=0：1
定義進口質量流量值：4L/min
從云圖6中我們可以看到，在不到1min的時間內，冷卻液充滿整個液冷板內腔。同時在流道的轉彎區有漩渦現象，有優化空間。
展開 純電動汽車電池熱管理技術研究
國外通常研究的是鋰電池和鎳氫電池比較多，其研究方法也大多類似。研究鋰電池一般按照幾個模型進行分析，分別是電化學-熱耦合模型、熱濫用模型和電-熱耦合模型，而鋰電池的熱特性分析通常使用熱濫用模型。這些研究分析模型都對應著不同的分析范圍，不同的研究要求和研究條件就要選用不同的分析模型，這些模型的分析結果也不太相同，主要表現在分析結果的精度和可靠度上。混合動力汽車為提高能源利用率，可依照運行的策略來設計對應的能量回收，如果電池處于一個大電流充電的狀態下，很可能會發生過充現象。這時，風扇如果能帶走大部分熱量或者這種狀態持續的時間不長，電池包中的電池溫度不高，那么過充只有電解液的分解，這個時候電池還是安全的。可是，電池的散熱性如果不好的話，那么金屬氧化物的正極就會發生脫鋰現象，化學活性變強，電池溫度繼續升高，如果持續的時間過長，就會使電池發生熱失控。
2 動力電池熱管理系統設計要求
動力電池熱管理系統設計時，首先需考慮電池包適宜工作范圍，廣泛應用的鋰離子電池正常工作溫度范圍為充電情況下0-55℃，放電情況下-20℃-60℃，最佳充放電溫度范圍為20℃-35℃，電池處于最佳溫度充放電時可使電池性能最優及循環壽命最大化，且能有效的避免電池熱失控問題。確定動力電池系統最佳溫度范圍后，現階段純電動汽車大多采用液冷結構，根據整車需求進行熱管理系統匹配選型，同時參照動力電池系統工作需求，制定系統工作閾值，其中環境溫度的影響可根據實際電池的散熱需求調節，制定電池熱管理系統最佳控制模式。
展開 元王仿真云案例精選丨基于Flotherm的電池包熱仿真分析
現元王CAE熱仿真實訓營火熱招生中，電子電器、電池包等領域熱分析案例實戰，讓學員真正掌握熱仿真分析方法，提升CAE應用水平，助力產品創新研發！報名熱線：13632683051（微信同號）
Fluent、CFD、LS-DYNA、電磁、疲勞、電池熱..
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—END—
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 2024卡恩獎·新能源獲獎名單出爐！積鼎科技榮獲“新能源數字化杰出服務商”稱號
近日，在“2024新能源三電智造技術周”會議期間，積鼎科技憑借其專業的CFD技術實力與對新能源電池行業的深刻洞察，榮獲了“2024年卡恩獎·新能源數字化杰出服務商”榮譽獎項。該項殊榮是對積鼎在新能源數字化服務領域專研的認可，更是對自研國產流體仿真軟件VirtualFlow在縮短研發迭代周期，提高研發能效方面所展現出的潛力的肯定。
高精度電池熱分析可提高冷卻效率
隨著新能源汽車行業的迅猛發展，高能量密度電池的需求日益增長，而隨之而來的電池熱管理問題成為制約行業進一步發展的瓶頸。高效的電池冷卻技術，尤其是液冷技術，對于確保電池系統的安全性、提升續航里程及延長使用壽命至關重要。
當前高效的冷卻技術主要為液冷，包括接觸式液冷和非接觸式液冷兩類。針對新能源動力電池主要為冷板式液冷，且為非接觸式液冷，具備冷卻效率高，成本低等優點，需要合理的冷卻通道設計和高精度的電池熱分析方能加快研發速率以及提高冷卻效率，然而，市場上缺乏能夠精準、高效解決這一問題的國產化動力電池熱分析軟件工具，使得新能源汽車制造商的研發過程面臨諸多挑戰。
積鼎自主軟件助力新能源電池熱分析
基于新能源電池行業企業需求，積鼎科技以流體仿真軟件VirtualFlow為核心工具，對鋰電池冷板模型進行快速網格劃分。通過精確設置冷卻液的各項參數，包括流速、溫度等，可成功模擬電池冷卻過程中的溫度和速度分布。并且，軟件的計算結果與國際上廣泛認可的主流商業軟件的分析結果高度一致，偏差范圍嚴格控制在10%以內，因此充分證明了VirtualFlow軟件在熱管理領域的準確性和可靠性。
VirtualFlow軟件不僅能夠快速生成高質量網格，且采用IST網格技術，實現了流體域與固體域的一體化網格劃分，極大提升了共軛換熱問題的求解精度。
展開 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 
基于comsol的軟包鋰電池熱濫用失控蔓延分析
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</div><p> 鋰離子動力電池作為電動汽車的主流動力源，具有高比能量的特點。而目前汽車用動力電池多采用數量較多的小容量電池進行串并聯成組以滿足高能量的要求。這樣，汽車動力電池系統的安全問題就不再僅僅是電池單體的安全問題，而是電池成組安全問題。近年發生的汽車動力電池事故，均是由于電池組中的某一個電池單體發生熱失控后產生大量熱，導致周圍電池單體受熱產生熱失控。這樣，電池組內的熱失控蔓延問題就是電池成組安全問題的主要關注點。</p><p> </p><p> 熱失控的發生劃分為三個階段，自生熱階段（50℃-140℃），熱失控階段（140℃-約850℃），熱失控終止階段（850℃-常溫），文獻提供的隔膜大規模融化溫度起始于140℃。</p><p> 如果周圍有其他電芯，則在此階段，通過把熱量向周圍傳播，熱失控可能向其他電芯蔓延。熱量可能通過連接的導電件傳導，也可能因為體積膨脹，原來保有間距的電芯，在此時已經彼此貼緊，電芯殼體之間直接傳導熱量。蔓延不能有效阻斷，將產生整個電池模組爆炸燃燒風險。
展開 電動汽車動力電池熱失控過程分析及預警機制設計
在所有的事故原因中，熱失控問題占有很大比例。本文通過對動力電池熱失控過程的分析，設計出一套熱失控預警系統。這樣至少保證在整車發生熱失控之前能夠通知到車內的乘客，避免造成人員傷亡，同時能夠盡量減少事故帶來的財產損失。
一、熱失控過程分析
鋰電池的熱失控主要是由于電池內部產熱速率遠大于散熱速率，在電池內部積累了大量的熱量，從而引發單體電池的著火或爆炸。單體電池的熱失控又會擴散到整個電池系統，導致整個電池系統甚至整車的起火或爆炸事故。
為研究動力電池系統熱失控發生的過程，我們外接熱源的方式對電池進行加熱從而引發熱失控。試驗表明，在單體電池發生熱失控時伴隨有電池電壓的變化、電池及環境溫度的變化、電池包內氣壓的變化及氣體成分的變化。我們將出現異常的的信號分為溫度、電壓、氣壓（或氣體成分）三個大類，分別進行分析。
針對溫度信號在熱失控過程中的分析：電池的溫度在熱失控發生前會有一個持續的較快速率的上升過程，如圖1數據所示（橫軸時間單位為秒，縱軸溫度單位為℃），在前720秒的時間內，溫度從室溫25℃持續升高到62℃。隨后發生單體電池的熱失控，溫度急劇上升到430℃。第一節電池能量釋放完之后溫度會下降，到第787秒第二節電池熱失控，同樣溫度短時間內急劇上升。如此發生連環性的熱失控反應，最后整個電池包都發生熱失控。
針對單體電池電壓信號在熱失控過程中的分析：電池的電壓在熱失控發生之前基本維持在平臺電壓保持不變。在熱失控發生的瞬間，實測在2秒內電壓會下降到1V以下。圖2（橫軸時間單位為S，縱軸電壓單位為V）中符合以上特征，第一個發生熱失控的電池在第720秒之前電壓恒定在4.13V，在第720后開始急劇下降，到第722秒幾乎降到0V，之后由于檢測電壓的電路受損燒毀均為無效值。
展開 中汽研-基于專利分析的新能源汽車動力電池熱管理技術發展現狀分析
對電池熱管理來說，2001年至2015年專利申請量與電池狀態管理和電管理同步增長，2015年之后申請量同比增長率快于電池狀態管理和電池電管理，并在2018年申請量超過其他2個領域，說明近年來電池熱管理研究的關注度更高。
3電池熱管理技術專利分析
3.1專利申請趨勢分析
截至2020年12月31日，電池熱管理技術相關專利申請全球14178件，其中在中國申請7904件，電池熱管理技術在全球和中國范圍逐年專利申請量如圖2所示。
從圖2可以看出，自2001年以來，中國和全球電池熱管理專利申請量同步快速增長。由于2019年—2020年專利尚未完全公開，專利申請量有所下降。從全球專利申請來看，雖然2012—2015年專利申請同比增長量趨于平緩，但電池熱管理技術相關專利整體申請量處于增長狀態。電池熱管理由于電池單體的多樣性和冷卻介質的快速升級換代帶來了專利申請量的持續增長。
中國電池熱管理技術專利申請從2001年開始起步，2001—2008年申請量增長緩慢，在2009年同比增長率快速上升，在全球申請總量的占比越來越高。2018年中國電池熱管理技術轉申請量達到1534件，占2018年全球電池熱管理技術專利申請量的76.5%。
3.2動力電池熱管理技術來源地域分布
從申請人所在國家/地區來進行電池熱管理技術來源地域分布分析，電池熱管理技術專利的技術來源國主要集中在中國、韓國、美國和日本，如表1所示。
具體來看，我國電池熱管理技術專利申請量達到6344件，占比44.7%，專利申請量位居第1。
展開 應用COMSOL APP分析鋰電池熱失控蔓延防控措施
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><br></p><p><strong>更多相關分析，可以查看以下鏈接</strong></p><p><strong> </strong><a href="https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1856241" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>基于Comsol的鋰電池針刺、內短路和過充仿真</strong></a></p><p><strong> </strong><a href="https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1846979" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><strong>應用COMSOL APP分析鋰電池熱失控蔓延防控措施</strong></a></p><p><strong> &
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