動力電池CFD仿真的案例
動力電池熱管理仿真分析教程
解決電池熱仿真過程中前處理的原則，了解動力電池仿真過程中導熱材料的選擇標準，熟悉新能源汽車在不同工況下電池溫度變化情況以及對動力電池熱管理技術設計行業(yè)評估標準。
3. 解決學員在ANSYS-SCDM和STAR-CCM+軟件應用過程中遇到的難點和痛點；
4. 能夠具備獨立建立液冷系統(tǒng)流場仿真模型和PACK熱流程仿真的能力。
5. 掌握動力電池CFD仿真結果后處理的方法，能夠正確解讀電池流場仿真和熱仿真結果，提出合理的結構和充放電策略改進建議；
四、適聽人群
① 學習型仿真工程師
② 理解有限元基本概念、熟悉仿真分析流程的工程師
③ 從事動力電池熱管理分析的工程師
④ ANSYS-SCDM 和STAR-CCM+ 軟件學習和應用者
參加課程可添加微信號：fxy331386375
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二、課程評論
level水平線老師課程的專業(yè)度和實操性是有目共睹的，老師的課程在技術鄰平臺飽受好評，老師研發(fā)的【新能源電池熱管理】系列課程已幫助上千位同學熟練掌握電池熱管理仿真技能，并成功拿到心儀offer。
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三、本課程學習要點
軟件應用精通：掌握ANSYS-SCDM與STAR-CCM+在動力電芯仿真中的工作流程，包括關鍵步驟、注意事項及核心技能。
前處理優(yōu)化技巧：精通ANSYS-SCDM前處理操作，尤其是電池熱仿真前處理的簡化原則，提升模型準備效率與質(zhì)量。
CFD仿真分析與行業(yè)經(jīng)驗：深入理解Star-CCM+在動力電池CFD仿真中的應用流程，結合行業(yè)仿真經(jīng)驗，提升分析準確性與實用性。
工況標準與熱管理評估：熟悉新能源汽車行業(yè)仿真工況標準（如低溫加熱+高速行駛、常溫/高溫行車），了解電池溫度變化規(guī)律及熱管理技術設計評估標準。
模型構建能力：獨立建立液冷系統(tǒng)三維簡化模型與熱流體仿真模型，展現(xiàn)高級建模技能。
結果解讀與策略優(yōu)化：掌握熱流場仿真結果后處理方法，正確評估動力電池熱管理效能，提出結構與充放電策略的合理改進建議，促進技術優(yōu)化與升級。
展開 如何得到動力電池仿真中電池發(fā)熱功率
當前我已經(jīng)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qq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。
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在動力電池的仿真過程，電芯不同工況的發(fā)熱量是仿真的必不可少的邊界條件。那么如何確定電芯在不同工況下的發(fā)熱量，目前行業(yè)內(nèi)主要通過如下3中方法：
A、ARC測試，數(shù)據(jù)準確，具備測試條件。但測試準確度對比熱容測試的結果準確度依賴性很大，，且標準塊的測試誤差達到5%。因絕熱環(huán)境電池溫升較大，測試數(shù)據(jù)會偏低。
B、Bernardi理論計算數(shù)據(jù)相對較準確，已比較成熟，但需要實測的數(shù)據(jù)較多，包括工況數(shù)據(jù)，OCV數(shù)據(jù)，DE/DT數(shù)據(jù)，測試周期較長。
C、RC模型計算，但若可以建立準確的RC模型，就可以實現(xiàn)各種工況的產(chǎn)熱模擬。
如下是采用第一中方式測試50Ah三元電芯的發(fā)熱量，測試如下：
1 電池單體發(fā)熱量測試方法及要求
l 預處理循環(huán)
正式測試開始前，動力電池單體需要先進行預處理循環(huán)。預處理循環(huán)在25℃環(huán)境艙進行，其步驟如下：
①以1C或按照制造商推薦的充電機制充電至制造商規(guī)定的充電截止條件；
②靜置30min；
③使用1C或按照制造商推薦的放電機制放電至制造商規(guī)定的放電截至條件；
④靜置30min；
⑤重復步驟①至步驟④5次。
如果測試過程中連續(xù)兩次的放電容量變化不高于額定5%，則認為測試樣品完成了預處理，否則需要更換測試樣品。
展開 【STAR-CCM+電池冷卻】基于直流道液冷板的動力電池冷卻性能仿真
摘 要：
為了改善某商用車動力電池組的散熱能力，降低電池組冷卻系統(tǒng)的能耗，提出了一種并聯(lián)非等長直流道的液冷板結構。以方形鋰離子電池組為研究對象，建立液冷式鋰離子電池組冷卻系統(tǒng)的仿真模型，對液冷板結構進行優(yōu)化。結果表明：該液冷板在滿足電池組散熱能力的同時能夠較好地控制液冷板壓降；結構優(yōu)化后的液冷板流動阻力最大降低12.5 kPa，電池組的最高溫度和最大溫差的最大降幅分別為0.26 ℃和0.27 ℃。調(diào)整冷卻液流量和溫度能夠提升電池組散熱能力，確保電池組在合理的溫度范圍內(nèi)工作。
大力發(fā)展純電動汽車是解決全球能源危機和環(huán)境污染問題的重要措施，也將是汽車行業(yè)持續(xù)發(fā)展的方向。鋰離子電池具有高能量密度和高功率密度且無記憶效應、自放電率低等優(yōu)點，已經(jīng)成為電動汽車的首選動力電池[1]。然而，鋰離子電池的安全性、壽命、低溫性能、充放電效率等方面存在的問題亟待解決，溫度是影響鋰離子電池容量、充放電性能、循環(huán)壽命及安全性最為關鍵的因素[2]。電池在充放電過程中會釋放大量的熱量，使得電池溫度會急劇上升，甚至引發(fā)熱失控[3] ；低溫下電池在充電過程中鋰離子遷移困難會引發(fā)金屬鋰枝晶反應，易刺穿電池內(nèi)部隔膜引發(fā)電池內(nèi)短路，存在安全隱患[4-6]。另外，電池的溫度過高和過低都會加速電池的老化過程，這就要求電池工作溫度保持在20 ~ 45 ℃，電池模組間的溫差應該控制在5 ℃以內(nèi)。
電池在工作過程中出現(xiàn)高溫的情況需要冷卻系統(tǒng)進行有效散熱，最常見的冷卻方式有空氣冷卻和液體冷卻。空氣冷卻散熱系統(tǒng)具有結構簡單、成本低廉、能耗少、易于安裝維護等優(yōu)點，但是存在對流換熱系數(shù)小、響應時間長、散熱能力低等缺點，主要用于早期電池容量小的純電動汽車或某些混合動力車型。
展開 
電池包CFD仿真
電池包CFD仿真
CFD專欄丨電池電芯熱電耦合仿真
點擊模型樹的update提交CFD計算，演示模型采用8CPU核約計算6分鐘。
放電2700秒后的溫度、電流密度、電壓和SOC：
0~2700 秒電池表面溫度動畫：
詳細操作視頻：
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關于 Altair 澳汰爾
Altair（納斯達克股票代碼：ALTR）是計算科學和智能領域的全球領導者之一，在仿真、高性能計算 (HPC) 和人工智能等領域提供軟件和云解決方案。Altair 能使跨越廣泛行業(yè)的企業(yè)們在連接的世界中更高效地競爭，并創(chuàng)造更可持續(xù)的未來。
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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?qū)嵝阅懿顒e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(shù)百個電芯都要創(chuàng)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(xiàn)
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(wǎng)格，而且可以利用 Python 腳本輕松實現(xiàn)圓柱電芯的熱屬性批量定義。
展開 設計仿真 | 利用 Cradle CFD 設計最佳液冷電池組
設計最佳
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，是該國十分先進的印刷電路板（PCB）分析/設計工程公司之一。作為阿瓦隆集團旗下的一家公司，Sienna ECAD 還從事印刷電路板設計工程、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造成流動不均勻，從而導致冷卻不均勻，這會導致冷卻套中的傳熱不均勻。此外，考慮到冷卻劑特性對流動機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冷卻套中的流動和熱混合的影響。
研究小組決定對雙層電池組的冷卻水套出入口進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
設計最佳冷液電池
使用 Cradle ScFLOW，我們團隊成功確定了符合電池組仿真速度、準確性和詳細程度要求的正確數(shù)學模型。并且我們能夠設計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 團隊使用 Cradle CFD 軟件的最新電池冷卻數(shù)學模型，對兩種不同的水套配置進行了模擬，以便在最短時間內(nèi)得出最準確的結果。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。
展開 你想知道的CFD仿真分析流程在這里！ 附計算流體動力學分析：CFD軟件原理與應用下載
CFD仿真分析一般流程是什么？
用CLABSO軟件開展仿真工作，大致分幾個步驟？
這是我們經(jīng)常會被問到的問題。
當然，模擬時間我們需要根據(jù)客戶的具體的項目需求和實際工況做評估，至于CFD仿真過程，今天小編就給大家介紹下它的一般流程：
0
1
確定邊界條件及初始條件
初始條件是所研究對象在過程開始時各個求解變量的空間分布情況。
邊界條件是在求解區(qū)域的邊界上所求解的變量或其導數(shù)隨地點和時間的變化規(guī)律。對于任何問題，都需要給定邊界條件。
對于初始條件和邊界條件的處理，直接影響計算結果的精度。數(shù)值計算的初始條件及邊界條件一般通過實驗獲取。
……
0
2
劃分計算網(wǎng)格
采用數(shù)值方法求解控制方程時，都是想辦法將控制方程在空間區(qū)域上進行離散，得到離散方程組，然后求解離散方程組。要想在空間域上離散控制方程，必須使用網(wǎng)格。
展開 FC部件|基于 CFD 仿真的燃料電池離心空壓機葉輪的優(yōu)化設計
通過對氣流的流動情況和葉片的載荷進行分析,未發(fā)現(xiàn)有明顯缺陷,即該設計結果基本合理,可以滿足目標燃料電池的需求。
新葉輪的流量較基礎葉輪增大21.4%,目標流量處的等熵效率增加7.5%、壓比提高了32.4%,達到了設計目標的要求。
文章來源：張申,吳孟龍,范俊巖,辛軍.基于CFD仿真的燃料電池離心空壓機葉輪的優(yōu)化設計[J].汽車零部件,2020(11):23-26.DOI:10.19466/j.cnki.1674-1986.2020.11.005.
文章來源：CEA氫氫子衿
仿真案例｜使用多體動力學軟件仿真柔性可卷太陽能電池陣列的展開過程
為了仿真狹縫支撐管的展開過程，必須執(zhí)行的功能是：
1）狹縫管圍繞位于太陽能電池陣列支撐管末端的芯軸成型
2）狹縫管卷在芯軸上以仿真卷繞過程
3）狹縫管必須展開成合適的形狀
圖2顯示了在芯軸上卷繞狹縫管的概況。
圖2：在芯軸上卷繞狹縫管的順序
一旦支撐管在芯軸上成型，就開始進行卷繞仿真，支撐管圍繞芯軸平穩(wěn)卷起，直到形成卷繞裝配結構。約束和施加的載荷用于控制卷繞運動，并保持支撐管上所需的張力。該過程中，仿真準確地模擬了狹縫管卷繞支撐管的整個過程，結果包括壓扁狹縫管引起的預應力，它將為太陽能電池陣列結果展開仿真提供初始配置和條件。在展開仿真過程中，正確定義阻尼機制所提供的約束力對于正確控制展開是非常重要的。
全太陽能電池陣列模型擴展
在上述單個狹縫管的仿真基礎上，研究了全太陽能電池陣列多體仿真，模型包含圖3所示的實體，包括芯軸、狹縫管卷繞支撐管、光伏覆蓋層和架體。芯軸和架體被視為剛體，而狹縫管和覆蓋層被視為柔性體。同時為簡化模型并自動化繁瑣和重復的任務，在多體動力學軟件中開發(fā)了一個垂直應用程序，用于將狹縫管成型到芯軸上、狹縫管卷繞過程以及展開過程仿真。
圖3：完整太陽能電池陣列多體模型
這些功能可從主菜單欄的選項卡在軟件圖形用戶界面中訪問。菜單欄如圖4 所示。每個應用程序都有一個設置功能和一個運行功能。
圖4：圖形用戶界面(GUI)菜單欄顯示了用于將狹縫管成型到芯軸上、狹縫管卷繞過程以及展開過程仿真的應用功能。
展開 
ANSYS動力電池仿真應用案例
目錄
1 電池行業(yè)發(fā)展趨勢
2 燃料電池定義和分類
3 燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈
4 動力電池研發(fā)中主要的流體/結構問題
5 ANSYS動力電池應用案例
(1) PEMFC燃料電堆模擬
(2) 反應濕度對PEMFC性能影響
(3) PEMFC水管理
(4) 燃料電池電芯仿真
(5) 電池單體倍率性能分析
(6) 基于MSMD方法的電池單體熱仿真
(7) 電池單體熱仿真
(8) 電池PACK串并聯(lián)電特性分析
(9) 電池熱失控分析
(10) 基于MSMD方法的電池包短路仿真
(11) 電池針刺或內(nèi)外部短路分析
(12) 電池PACK散熱分析
(13) 基于Fluent的電池包熱管理
(14) 動力電池熱分析
(15) 基于MSMD方法的電池包熱仿真
(16) 新能源動力電池BMS系統(tǒng)低溫加熱計算
(17) 基于LTI ROM降階模型的電池包熱仿真
(18) 基于SVD ROM降階模型的電池包熱仿真
以下內(nèi)容截取自該篇資料
PEMFC燃料電堆模擬
①輸入條件
? 燃料及空氣進口質(zhì)量流量、化學計量數(shù)比
? 指定固相電勢邊界條件: 電壓Vcell
? 定壁溫熱壁面邊界
②仿真流程
③結果
反應濕度對PEMFC性能影響
①輸入條件
? 燃料及空氣進口流量、溫度
? 不同層的材料屬性
? 熱壁面邊界條件
②仿真流程
? 幾何模型處理
? 六面體網(wǎng)格劃分
? Fluent中通用模塊設置及PEMFC模塊設置
? 求解計算得出基本標量值及特定標量值
③結果
PEMFC水管理
①輸入條件
? 燃料及空氣進口流量
展開 動力電池液冷系統(tǒng)仿真流程（上）
本人對新能源汽車有免費資料分析公眾號：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。
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(wǎng)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(wǎng)格劃分CFD前處理
7、CAE | STAR-CCM+流體CFD分析零基礎視頻教程
展開 仿真案例｜使用多體動力學軟件仿真柔性可卷太陽能電池陣列的展開過程
Blandino
翻譯：上海安世亞太
前言
在未來，執(zhí)行外行星任務將耗費巨大電能，而這些電能將由300千瓦級的大型柔性可卷太陽能電池陣列提供。在物理測試極度受限的外太空條件下，大型可展太陽能電池陣列的卷曲、展開相關性能的非線性動力學分析與仿真，對于輔助這些陣列的研發(fā)具有極其重要的意義。多體動力學軟件（RECURDYN軟件）為柔性航天器結構展開過程仿真提供了一個理想的研發(fā)平臺。
模型綜述
一個典型的狹縫可卷支撐管如下圖1所示。這些支撐管由金屬或復合材料制成。對于航天器應用，發(fā)射前的卷繞結構中，支撐管材料被卷在一個圓柱軸上。展開過程中，材料展開，應變能促使形成管狀結構。圖1顯示了用于航天器應用的狹縫可卷支撐管。當狹縫管展開時，應變能使支撐管變成管狀結構。圖片由ROCCOR公司提供。
圖1 支撐管材料在展開過程中形成的順序圖
為了仿真狹縫支撐管的展開過程，必須執(zhí)行的功能是：
1）狹縫管圍繞位于太陽能電池陣列支撐管末端的芯軸成型
2）狹縫管卷在芯軸上以仿真卷繞過程
3）狹縫管必須展開成合適的形狀
圖2：在芯軸上卷繞狹縫管的順序
一旦支撐管在芯軸上成型，就開始進行卷繞仿真，支撐管圍繞芯軸平穩(wěn)卷起，直到形成卷繞裝配結構。約束和施加的載荷用于控制卷繞運動，并保持支撐管上所需的張力。該過程中，仿真準確地模擬了狹縫管卷繞支撐管的整個過程，結果包括壓扁狹縫管引起的預應力，它將為太陽能電池陣列結果展開仿真提供初始配置和條件。在展開仿真過程中，正確定義阻尼機制所提供的約束力對于正確控制展開是非常重要的。
展開 動力電池液冷系統(tǒng)仿真流程（下）
圖10 設置停止標準
圖11 Residuals殘差圖
4.4 仿真結果分析
借助流場仿真分析工具，得出動力電池液體系統(tǒng)壓降及各回路流量，與目標值進行對比，優(yōu)化液冷系統(tǒng)設計。
4.4.1 P-Q曲線
借助流場仿真分析工具，提取液冷系統(tǒng)阻力特性曲線及壓降—流量曲線（P-Q曲線），為泵的選型提供依據(jù)。
圖12 液冷系統(tǒng)P-Q曲線
4.4.2 流量均勻性
借助流場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計目標范圍內(nèi)。
圖13 各回
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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(wǎng)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(wǎng)格劃分CFD前處理
7、CAE | STAR-CCM+流體CFD分析零基礎視頻教程
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