動(dòng)力電池液冷系統(tǒng)的案例
基于Star-CCM+動(dòng)力電池液冷系統(tǒng)熱管理仿真完整攻略
9、測(cè)試驗(yàn)證
對(duì)于液冷系統(tǒng)來說，測(cè)試驗(yàn)證是至關(guān)重要的。液冷系統(tǒng)的功能、可靠和安全 等性能最終都需要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。一般情況下，功能性測(cè)試在A樣進(jìn)行，可靠性測(cè)試和安全性測(cè)試在B樣進(jìn)行。
功能性測(cè)試表列出了功能性測(cè)試的項(xiàng)目和參考值，需要說明的是，為了與液熱系統(tǒng)和保溫系統(tǒng)匹配，表中增加了加熱性能測(cè)試和保溫性能測(cè)試。
可靠性測(cè)試和安全性測(cè)試表出了可靠性測(cè)試和安全性測(cè)試的項(xiàng)目及對(duì)應(yīng)的測(cè)試參考。
七、動(dòng)力電池液冷系統(tǒng)熱管理仿真
《STAR-CCM 新能源汽車動(dòng)力電池熱失控仿真13講》第一個(gè)模組失控，引發(fā)第二個(gè)模組失控，評(píng)估現(xiàn)有模組之間的隔熱是否能阻止失控模組往正常模組的傳熱。大家可點(diǎn)擊查看STAR-CCM新能源汽車動(dòng)力電池熱失控仿真講解（附視頻教程）
《基于Star-CCM 動(dòng)力電池液冷系統(tǒng)熱管理仿真27講》是筆者原創(chuàng)的視頻教程，本課程包括動(dòng)力電池熱管理理論、設(shè)計(jì)流程和仿真分析內(nèi)容，
課程詳細(xì)介紹了動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)、產(chǎn)熱原理，對(duì)動(dòng)力電池設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，對(duì)仿真過程包括幾何簡(jiǎn)化、修復(fù)、多類型網(wǎng)格生成、宏命令創(chuàng)建監(jiān)測(cè)點(diǎn)和報(bào)告，后處理動(dòng)畫制作進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并介紹了常溫1C放電、高溫1C放電計(jì)算分析、高溫快充計(jì)算分析、低溫加熱計(jì)算分析、保溫性能計(jì)算分析等多工況仿真。
展開 動(dòng)力電池液冷系統(tǒng)仿真流程（下）
圖12 液冷系統(tǒng)P-Q曲線
4.4.2 流量均勻性
借助流場(chǎng)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(shè)計(jì)目標(biāo)范圍內(nèi)。
圖13 各回
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同時(shí)本人也在技術(shù)鄰平臺(tái)更新新能源動(dòng)力電池熱管理仿真和設(shè)計(jì)課程如下
1、 基于starccm+在動(dòng)力電池熱管理仿真技術(shù)應(yīng)用、
2、新能源汽車PACK熱流體仿真進(jìn)階20講
3、新能源動(dòng)力電池熱管理設(shè)計(jì)入門到進(jìn)階23講
4、 Hypermesh網(wǎng)格劃分-精講進(jìn)階視頻教程
5、有限元分析ANSA19.0視頻教程零基礎(chǔ)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(chǔ)視頻教程
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本次操作采用的軟件如下：前處理軟件為SCDM抽取流體，導(dǎo)入starccm+求解。
將x_t 文件導(dǎo)入SCDM里面，然后抽取液冷板內(nèi)部流體體積。
2.流體抽取成功后如下圖顯示：
3.另存為fluid.x_t 或者是step的格式。
4.打開starccm+軟件，新建一個(gè).star文件，一般核數(shù)根據(jù)自己的電腦性能來選擇，設(shè)置核數(shù)越大計(jì)算越快。
5.打開剛剛保存的fluid.x_t文件，導(dǎo)入之后檢查模型。
6.對(duì)導(dǎo)入之后的模型進(jìn)行合并曲面操作Geometry——Parts——fluid——surfaces——按住shift選擇所有的表面——右鍵——選擇combine——合并為一個(gè)面。
7.合并了所有的面以后，需要對(duì)模型進(jìn)行破面壓印檢查。
選擇Execute ALL，執(zhí)行。
檢查確保沒有穿刺面和破面，然后點(diǎn)擊左下角的close關(guān)閉表面修復(fù)界面
8.分離出進(jìn)口（inlet）和出口（outlet）的表面Geometry——Parts——fluid——surfaces——fluid——split by patch，從合并的流體表面中分離出進(jìn)口和出口的面。
利用同樣的方法，分離出出口區(qū)域表面outlet1和outlet2
分離完成后，如下圖所示，會(huì)有四個(gè)表面，整體流道，進(jìn)口，兩個(gè)出口表面。
9.將parts下面的surface分配給regions，設(shè)置流道邊界條件Geometry——Parts——fluid——右鍵——Assign Parts to regions。
在上面的設(shè)置中，選擇為每個(gè)part創(chuàng)建一個(gè)區(qū)域，為每一個(gè)part的表面創(chuàng)造一個(gè)邊界，選擇好后，點(diǎn)擊apply
展開 動(dòng)力電池液冷系統(tǒng)仿真流程（上）
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淺析電動(dòng)汽車電池PACK液冷系統(tǒng)性能與測(cè)試
來源：海馬汽車有限公司
1.前言隨著用戶對(duì)電動(dòng)汽車的要求提高，主機(jī)廠對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)的功率性和快充性能的要求越來越高，隨之而來就是對(duì)電池PACK系統(tǒng)冷卻設(shè)計(jì)要求的提高，而因承擔(dān)動(dòng)力電池重要作用，液冷系統(tǒng)的性能越來越受到關(guān)注?對(duì)于液冷系統(tǒng)，國(guó)家和各大主機(jī)廠都在積極探索，并都有各自的方法標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求?雖然有所不同，但大體上是從溫室下密封性能?低溫密封性能?靜壓強(qiáng)度性能?耐高溫性能?壓力循環(huán)性能?振動(dòng)性能?內(nèi)部腐蝕性能?爆破性能?耐候性能等方面做出具體要求，本作者針對(duì)液冷系統(tǒng)性能進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，以供參考?
2.溫室下密封性能液冷系統(tǒng)本身要具備密封性能，業(yè)內(nèi)普片采用濕檢與干檢進(jìn)行測(cè)試?其中濕檢要求1min中內(nèi)不允許出現(xiàn)肉眼可見氣泡;干檢時(shí)泄露量不大于1ml/min?濕檢：在濕式密封性試驗(yàn)臺(tái)上，向沉沒在水槽內(nèi)的液冷系統(tǒng)，內(nèi)部通以200kPa的壓縮空氣，保壓時(shí)間60s?干檢：在干式密封性試驗(yàn)臺(tái)上，向散熱器內(nèi)部通以200kPa的壓縮空氣，保壓時(shí)間為180s?按式(1)換算為滲漏量；式中：F--滲漏量，cm3/min;V--液冷總成的總?cè)莘e，cm3;?p/?T--壓力損失，Pa/s?當(dāng)上述兩種方法檢測(cè)結(jié)論不一致時(shí)，優(yōu)先采用濕檢?
3.低溫密封性能因我國(guó)國(guó)土遼闊，南北溫差大，東北極寒等自然情況，液冷系統(tǒng)必須驗(yàn)證低溫密封性能?具體可采用以下方法：將液冷總成內(nèi)部注入冰點(diǎn)為-45℃的防凍液，將其按實(shí)車狀態(tài)放置于-40℃的低溫箱里，10h后取出?要求在10min內(nèi)完成放掉冷卻液，然后再濕式密封性試驗(yàn)臺(tái)上，向沉沒在水槽內(nèi)的液冷系統(tǒng)內(nèi)部通以50kPa±10kPa的壓縮空氣，保壓60s，試驗(yàn)過程中不允許有肉眼可見的氣泡?
4.靜壓強(qiáng)度性能將液冷總成(集流體和口琴管)內(nèi)部通以壓力為200kPa的水或壓縮空氣，保壓1h，重復(fù)3次，零件的變形小于0.5mm?
5.耐高溫性能試驗(yàn)將液冷系統(tǒng)內(nèi)部通以50%的乙二醇和
展開 動(dòng)力電池熱管理仿真分析教程
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一、為什么要做汽車熱流場(chǎng)仿真分析
動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的能量來源，在充放電過程中電池本身會(huì)產(chǎn)生一定熱量，從而導(dǎo)致溫度上升，而溫度升高會(huì)影響電池的很多特性參數(shù)，如內(nèi)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(huì)使得動(dòng)力電池容量下降，充電時(shí)間過長(zhǎng)，從而影響電動(dòng)車的性能。
鋰電池Pack設(shè)計(jì)中往往會(huì)借助熱流體仿真分析來輔助工程師完成pack熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，
借助熱流體仿真分析工具，大部分的Pack熱管理設(shè)計(jì)工作和部分測(cè)試工作都可以在電腦上完成。大量的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試工作可以被省略，Pack設(shè)計(jì)的成本也會(huì)大幅度下降。
本課程案例：基于目前市場(chǎng)上主流的動(dòng)力電池的熱管理設(shè)計(jì)都是采用液冷設(shè)計(jì)，本案列以采用液冷的方式對(duì)新能動(dòng)力電池進(jìn)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(tǒng)流場(chǎng)仿真和PACK熱場(chǎng)仿真的求解器，建立了液冷系統(tǒng)流場(chǎng)仿真和PACK熱場(chǎng)仿真分析模型，最終實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力電池在低溫停車加熱工況，常溫行車、高溫行車工況PACK內(nèi)部電池溫度變化情況，提出合理的對(duì)仿真結(jié)果評(píng)估的方法
本課程不僅僅是關(guān)于動(dòng)力仿真流程學(xué)習(xí)課程，同時(shí)也是對(duì)新能源汽車動(dòng)力電池熱管理技術(shù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)分享課程。
展開 鋰離子電池組液冷測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)值-實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)
電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力汽車（HEV）具有環(huán)保和能源可再生的優(yōu)勢(shì)，是替代的最佳選擇。與燃油車。鋰離子電池（LIB）由于具有高能量容量、低自放電率和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，溫度嚴(yán)重影響鋰離子電池的容量和壽命。較低的溫度可能導(dǎo)致電池退化，而較高的溫度可能引發(fā)熱失控，從而造成安全隱患。
當(dāng)前，對(duì)BTMS的研究根據(jù)冷卻方式主要分為風(fēng)冷、液冷、相變材料（PCM）冷卻等三大類。風(fēng)冷具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于封裝、維護(hù)成本低、能耗低等特點(diǎn)。雖然提供相對(duì)較低的熱交換能力，但該冷卻系統(tǒng)在 LIB 系統(tǒng)中得到了很好的采用，對(duì)在較高電流速率下進(jìn)行快速充電和放電操作的要求不高。液冷式一般傳熱系數(shù)較高，溫度分布均勻，根據(jù)電池表面是否與傳熱流體直接接觸，液冷方式一般分為直接接觸式和間接接觸式液冷。與間接接觸冷卻相比，直接接觸液體冷卻使用介電流體有效地去除電池熱量，具有很大的緊湊性和高冷卻速率，但在商業(yè)應(yīng)用中可能不實(shí)用。另一方面，間接接觸冷卻更容易實(shí)施，并且使用較低粘度的流體以減少泵功率需求，并且已被廣泛采用和研究，具有液體冷板（LCP），波浪管和熱管。PCM 冷卻本身是一種被動(dòng)熱管理類型，具有運(yùn)行成本較低和溫度均勻性較高的優(yōu)點(diǎn)。PCM 冷卻使用大量潛熱，這些潛熱可以存儲(chǔ)在材料中以維持電池溫度，并能夠降低 LIB 電池組的最高溫度和溫差。然而，純PCM由于導(dǎo)熱系數(shù)較低，容易產(chǎn)生過多的熱量積累，從而大大增加了熱系統(tǒng)的重量。將泡沫金屬和翅片應(yīng)用于 PCM 被動(dòng)冷卻中，以增強(qiáng) PCM 的傳熱，證明 PCM、泡沫金屬和翅片的組合可以有效提高 LIB 的熱性能并將溫度保持在較低水平。在 PCM 壁上耦合了石墨烯增強(qiáng)的高導(dǎo)熱金屬隔板，該系統(tǒng)可以有效地將 4C 充電期間的最高溫度限制在 55°C 以下。
展開 新能源汽車動(dòng)力電池熱管理熱流體仿真案列分析
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本案列電池系統(tǒng)采用液冷熱管理方式的，如圖1和圖2所示是電池PACK系統(tǒng)前處理模型，主要包括：上下箱體，液冷板，導(dǎo)熱墊、隔熱護(hù)板、絕緣板、模組等結(jié)構(gòu)，由4個(gè)模組成，每個(gè)模組由18個(gè)50Ah方形電芯組成。液冷系統(tǒng)采用兩進(jìn)兩出的并聯(lián)方式，箱體采用集成液冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(jìn)行固定和密封，該系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于液冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組件借用了箱體的結(jié)構(gòu)組件使得電池系統(tǒng)更輕。
利用ANSYS-SCDM軟件對(duì)電池包PACK建模前處理，以STAR-CCM+軟件作為液冷系統(tǒng)流場(chǎng)仿真和PACK熱場(chǎng)仿真的工具，建立熱流場(chǎng)仿真分析模型，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)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(nèi)部電池溫度變化情況仿真，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)液冷系統(tǒng)內(nèi)部壓降和流量均勻性仿真，對(duì)冷板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出合理依據(jù)。
圖1 PACK系統(tǒng)簡(jiǎn)化數(shù)模
圖2 PACK系統(tǒng)簡(jiǎn)化數(shù)模爆炸圖
一、 模型簡(jiǎn)化
通過分析數(shù)模的結(jié)構(gòu)組成及各部件的作用以評(píng)估各部分對(duì)熱系統(tǒng)的影響，進(jìn)而決定對(duì)部件的保留、簡(jiǎn)化、還是舍棄。模型簡(jiǎn)化的原則，在盡可能仿真精度的情況下，通過簡(jiǎn)化減少網(wǎng)格的數(shù)量同時(shí)提高網(wǎng)格質(zhì)量，提高計(jì)算效率。如圖3和圖4分別是動(dòng)力電池模組簡(jiǎn)化前后得模型。
展開 液冷電池熱管理系統(tǒng)在不同冷卻情況下的性能分析
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車（EV）和儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）等領(lǐng)域，其性能直接影響了系統(tǒng)運(yùn)行的安全與效率。鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低、成本低、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，但它們的性能對(duì)溫度非常敏感。熱安全性是限制電池發(fā)展的重要因素。通常情況下，電池模塊的最高溫度應(yīng)保持在288~313 K之間，電池之間的最大溫差應(yīng)控制在5 K以內(nèi)，以保證電池穩(wěn)定運(yùn)行。
電池熱管理系統(tǒng)的特點(diǎn)主要包括體積小、成本低、安裝簡(jiǎn)單、可靠性好等，也分為有源或無源、串聯(lián)或并聯(lián)等。無論是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)還是混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，電池都是主要組成部分。充電時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)充當(dāng)負(fù)載，放電時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)充當(dāng)發(fā)電機(jī)組，并且只能在一定的溫度范圍內(nèi)放電和儲(chǔ)存電力。電池熱管理系統(tǒng)可以保證電池工作在最佳溫度范圍并保證電芯和模組的溫度均勻性，高溫會(huì)加劇電池內(nèi)部的副反應(yīng)，影響電池壽命甚至引發(fā)熱失控。然而低溫會(huì)導(dǎo)致內(nèi)阻增大、容量下降，進(jìn)而導(dǎo)致電池性能下降。因此，為了實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的最佳性能，需要合適的電池熱管理系統(tǒng)。
02
成果掠影
近期，吉林大學(xué)江彥老師團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種高效的電池熱管理系統(tǒng)，可以控制電池模塊的溫度，從而提高整體性能。該研究針對(duì)由12節(jié)方形LiFePO4電池組成的電池模塊設(shè)計(jì)了不同類型的液冷熱管理系統(tǒng)。以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬為主要研究工具，提出了從傳熱和流動(dòng)阻力兩個(gè)方面評(píng)價(jià)冷板性能的參數(shù)，以及冷卻面、入口數(shù)量和冷卻液方向?qū)ζ淅鋮s效果進(jìn)行了研究。
展開 液冷與風(fēng)冷相結(jié)合的新型鋰離子電池模組熱管理系統(tǒng)
鋰離子電池作為一種能量存儲(chǔ)單元，被廣泛用作電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，以實(shí)現(xiàn)快速加速和長(zhǎng)里程的目標(biāo)。
鋰離子電池的性能、壽命和安全性與其工作溫度密切相關(guān)。鋰離子電池的合適工作溫度范圍在20℃至40℃之間，電池組的最大溫差應(yīng)在5℃以內(nèi)。在低溫下，由于電化學(xué)反應(yīng)速率降低和副反應(yīng)（例如鍍鋰），鋰離子電池的性能顯著惡化。在正常工作條件下，由于電化學(xué)反應(yīng)和歐姆電阻，電池內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量熱量,如果熱量不及時(shí)散去，電池溫度會(huì)持續(xù)升高，引發(fā)電池組件的分解反應(yīng)，甚至導(dǎo)致熱失控，從而引起電池起火或爆炸。因此，電池熱管理系統(tǒng)（BTMS）對(duì)于電池組保持電池溫度在所需范圍內(nèi)至關(guān)重要。
02
成果掠影
近期，江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院陳明毅教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型混合電池熱管理系統(tǒng)，將直接液體冷卻與強(qiáng)制空氣冷卻相結(jié)合。電池外部設(shè)計(jì)有夾套，電池殼與夾套之間填充液態(tài)冷卻劑，形成直接冷卻效果。通過數(shù)值模擬分析電池與液冷套之間的間隙間距、冷卻管路數(shù)量、液體流速和風(fēng)扇位置對(duì)冷卻效果的影響，以優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明，當(dāng)前熱管理系統(tǒng)的最佳配置是電池與液冷夾套之間的間距為5mm、雙管道液冷結(jié)構(gòu)以及液體冷卻劑和空氣平行流動(dòng)，液體最佳流速為0.002 kg/s，空氣流速應(yīng)小于0.4 m/s，以節(jié)省所需能量。該電池熱管理系統(tǒng)在電池4C放電倍率下獲得了良好的散熱效果。BTMS的新穎之處在于其冷卻效率高，可用于在高速率工況下冷卻電池組。直接液冷方式具有滅火功能，有利于電動(dòng)車火災(zāi)的預(yù)防。
展開 LG電池XITONG 液冷系統(tǒng)模組解析
LG作為電池系統(tǒng)方面的專家，尤其獨(dú)到的設(shè)計(jì)理念，下面展示一些設(shè)計(jì)方案。
以下這個(gè)圖比較清晰，模組設(shè)計(jì)上其實(shí)兼容了兩種形狀。
采用液冷方案的電池系統(tǒng)
相比較而言，F(xiàn)ord和LG在Focus EV上做了些許的改進(jìn)，組合要是冷卻管和散熱方式上有些變化，主體結(jié)構(gòu)有些許差異。
實(shí)物圖
下圖是相應(yīng)的管道接口，復(fù)雜程度不言而喻，而且人家可以保證密封以及防泄漏能力。
下圖是LG 近幾年為OEM準(zhǔn)備的電池系統(tǒng)，不乏沃爾沃，通用等一線大品牌。
更多精彩優(yōu)質(zhì)內(nèi)容，請(qǐng)關(guān)注公眾號(hào)：電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)
淺析奔馳EQS電池技術(shù)：NCM 811+集成式液冷系統(tǒng)
第二種電池容量為90KWh，續(xù)航里程將超過640KM。
梅賽德斯-奔馳使用NCM鋰離子電池，陰極材料由鎳鈷錳組成，三種元素的比例為8:1:1，因?yàn)?em>電池在寒冷的環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)虧電情況，在溫度高的情況下會(huì)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，所以奔馳設(shè)計(jì)師在底盤部分加裝一套液體集成熱管理系統(tǒng)，和底盤冷卻系統(tǒng)，整套系統(tǒng)可以在行駛前或充電中達(dá)到預(yù)熱和冷卻，可以快速達(dá)到電池工作的最佳溫度。
即將在2021年4月15日全球首次推出純電動(dòng)梅賽德斯EQS之前，電池生產(chǎn)將在赫德芬根（Hedelfingen）工廠開始，該工廠是斯圖加特-安特圖爾克海姆（Untertürkheim）梅賽德斯-奔馳工廠的一部分。該生產(chǎn)已無縫集成到現(xiàn)有的變速箱生產(chǎn)中。除了EQS的電池系統(tǒng)外，即將推出的EQE型號(hào)的電池也將在工廠部分生產(chǎn)。赫德芬根（Hedelfingen）電池廠的生產(chǎn)和物流面積約為16,500平方米。鋰離子電池是在一條長(zhǎng)約300米的生產(chǎn)線上生產(chǎn)的，該生產(chǎn)線有70多個(gè)工位和大量的自動(dòng)化和手工操作步驟，電池單元的生產(chǎn)是二氧化碳中性的。
▲用于EQS的電池系統(tǒng)的制造在約300米長(zhǎng)的生產(chǎn)線進(jìn)行。圖片：戴姆勒
▲該生產(chǎn)線擁有70個(gè)多個(gè)工位。圖片：戴姆勒
▲赫德芬根（Hedelfingen）工廠是公司全球電池生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。圖片：戴姆勒
▲作為電動(dòng)攻勢(shì)的一部分，戴姆勒正在進(jìn)一步擴(kuò)大其在電池技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)。
展開 自主CAE | 基于PERA SIM的電池液冷散熱仿真分析
本文通過通用流體分析軟件PERA SIM Fluid對(duì)圓柱電芯液冷散熱工況仿真分析，展示PERA SIM Fluid實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池熱分析的方法。
2.電池模組結(jié)構(gòu)與研究方法
結(jié)構(gòu)上動(dòng)力電池系統(tǒng)由電池pack、冷卻系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)框架、保護(hù)外殼、電氣連接器、安全裝置、軟件控制系統(tǒng)等多個(gè)復(fù)雜組件構(gòu)成，本案例中采用的電池模塊僅保留多個(gè)電芯、液冷管道以及電芯外塑料件。
圖 1 電池Module模型
3.仿真設(shè)置流程
3.1 模型建立及簡(jiǎn)化
1) 打開PERASIM Fluid 2024R1，在工作目錄下新建項(xiàng)目【BatteryThermal】，將準(zhǔn)備的好的電池幾何文件“Battery.stp”導(dǎo)入。
圖 2 幾何導(dǎo)入窗口
圖 3 導(dǎo)入后的電池模組幾何模型
2) 整個(gè)模型中還缺少內(nèi)流場(chǎng)，通過上方Ribbon功能區(qū)中【幾何】→【創(chuàng)建】功能，選中管道的開口，創(chuàng)建面來封閉內(nèi)流場(chǎng)，同理，另一半的出口管道也通過這個(gè)方式來創(chuàng)建；
圖 4 選中線后創(chuàng)建面
3) 在 Ribbon 菜單上選擇【幾何】 →【快速修復(fù)】，激活快速修復(fù)功能，保持默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊【修復(fù)】按鈕。如下圖所示：
圖 5 快速修復(fù)屬性面板
4) 執(zhí)行【幾何】 →【修復(fù)】 →【識(shí)別體】功能，軟件會(huì)基于面自動(dòng)識(shí)別出對(duì)應(yīng)的體區(qū)域，將之前生成的入口和出口面封閉成流體域：
圖 6 識(shí)別體前（左）后（右）的模型樹示意
5) 在模型樹節(jié)點(diǎn)中點(diǎn)擊相應(yīng)的體節(jié)點(diǎn)，可獲得視圖區(qū)幾何體高亮。
展開 相變與液冷相結(jié)合的電池熱管理系統(tǒng)溫控性能及優(yōu)化策略研究
傳統(tǒng)汽車以燃油為動(dòng)力，其尾氣加劇了環(huán)境污染。節(jié)能減排是未來社會(huì)的趨勢(shì)。超過 120 個(gè)國(guó)家承諾到 2050 年或 2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和。電動(dòng)汽車的發(fā)展對(duì)于交通促進(jìn)、能源轉(zhuǎn)型和防止全球變暖具有重要意義。可回收電池是電動(dòng)汽車的核心部件，其中鋰離子電池以其能量密度大、壽命長(zhǎng)、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源。然而，鋰離子電池的性能受其電極組成元素和工作溫度影響較大，其熱安全性是影響電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。鋰離子電池的最佳工作溫度范圍為20℃至50℃。當(dāng)溫度過高時(shí)，鋰離子電池的容量和壽命會(huì)下降，容易引起電池熱失控甚至起火爆炸事故，尤其是高鎳三元電池，此外，最大溫差（Δ電池組的T max）應(yīng)控制在5℃以下。因此，為了保證鋰離子電池的安全，提高其工作效率和壽命，采用電池熱管理系統(tǒng)（BTMS）是必要的。
02
成果掠影
近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)王青松教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模型，為十二個(gè)圓柱形鋰離子電池設(shè)計(jì)了一種結(jié)合相變材料和液體冷卻的新型熱管理系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在環(huán)境溫度35 ℃下，空白對(duì)照系統(tǒng)1 C充電和2 C放電時(shí)的最大溫度和溫差分別為57.6 ℃和4.1 ℃，而單液最大溫差為3.6 ℃冷卻。與它們相比，耦合系統(tǒng)的最高溫度僅為44.8℃，最大溫差小于2℃，具有優(yōu)越的循環(huán)性能。此外，提出了電熱模型來研究冷卻劑的冷卻效果，從中控制冷卻劑流量在250 mL/min內(nèi)是最佳選擇。基于這些結(jié)果，通過監(jiān)測(cè)電池組最高溫度和環(huán)境溫度，提出了冷卻液流量和入口溫度分級(jí)管理的優(yōu)化策略。這種策略不僅可以在不同的環(huán)境溫度下將系統(tǒng)的溫度控制在所需的范圍內(nèi)，還可以減少液冷不必要的能耗。所提出的系統(tǒng)可擴(kuò)展以應(yīng)用于其他類型的電池進(jìn)行熱管理。
展開 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池均衡方法研究 附電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)譚曉軍下載
根據(jù)當(dāng)前我國(guó)對(duì)于均衡裝置的電流評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)來看，組合電池的電流應(yīng)當(dāng)是動(dòng)力電池的0.05倍或者0.1倍，在此區(qū)間內(nèi)是比較合適的。
3.2均衡結(jié)果
組合電池的內(nèi)部差異會(huì)影響電動(dòng)汽車的運(yùn)行效率與安全性，因此為了減少電池荷電狀況的異常，采用均衡裝置將組合電池進(jìn)行連接，改善電池的性能，增長(zhǎng)電池的使用周期。例如對(duì)28組12Ah、336V的鎳氫組合電池進(jìn)行電源輸出，經(jīng)過測(cè)量和得出電壓差異值低于0.05V。此外，將該組合電池的電壓降低到電池荷電狀況的10%，將此范圍內(nèi)的所有組合電池進(jìn)行對(duì)比，就可以得出組合電池的均衡前后電壓差異指數(shù)為50mA，說明均衡效果顯著。再者，組合電池的均衡前電壓小于均衡后的電壓，并且動(dòng)力電池的容量上升49Ahs，同比增加16%。得出如果上述組合電池不進(jìn)行均衡處理，就會(huì)導(dǎo)致電池差異性越發(fā)嚴(yán)重，使得動(dòng)力電池的輸出功率大大降低。
4結(jié)語(yǔ)
本文就當(dāng)前電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的均衡中存在的問題進(jìn)行闡述，并使用上述均衡方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將12Ah、336V的鎳氫組合電池采用集中均衡與分散均衡的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)結(jié)果所得的電壓差異都小于0.05V，符合均衡檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。從另一方面說明采用均衡方式解決組合電池之間額不平衡差異是十分有效的。但是如果在進(jìn)行解決的過程中，由于組合電池的數(shù)目較大，導(dǎo)致動(dòng)力電池的內(nèi)部差異過大，此時(shí)應(yīng)當(dāng)將組合電池的規(guī)格、體積、質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一，加設(shè)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)，及時(shí)尋找出其中存在問題的組合電池，能夠在一定程度彌補(bǔ)均衡方式的不足之處。
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