電池散熱
關注創建者：Caerr 創建時間：2017-02-10
電池散熱的實例教程
因此，儲能電池作為船舶重要的電氣設備，其散熱系統的設計通常也考慮風冷和液冷這兩種形式。陳旭海等人[4]利用Ansys對風冷條件下的儲能電池溫度場進行仿真分析，并根據仿真結果對存放電池模塊的機柜進行優化設計。同時也有研究表明，在風冷散熱系統中，改善冷卻風道設計[5]、合理調整電池組間距[6]均可改善電池組溫度的均衡性。桂永勝等人[7]為船舶電氣設備設計了一套模塊化的水冷系統，可用于船舶儲能電池的散熱。張上安[8]則利用COMSOL軟件分析了液冷散熱系統中冷卻液流量和冷卻液入口溫度對電池散熱特性的影響。然而大多數研究只是針對其中一種散熱方式，并沒有綜合分析風冷散熱和液冷散熱各自的效果和優缺點。王屹航等人[9]雖對這兩種散熱方式的散熱能力做出了評價，但只是針對單體電池，并未考慮整個電池包的熱特性。
本文以某型船用儲能電池包為研究對象，分別設計其風冷散熱系統和液冷散熱系統，利用Icepak軟件建立熱仿真模型，對比研究電池包在不同散熱系統作用下的散熱特性和溫度場分布，進一步通過改變散熱系統的若干關鍵參數，分析評估參數的變化對整個系統散熱效果的影響。結果表明，液冷散熱系統的散熱效果普遍優于風冷散熱，尤其是在保持電池包溫度一致性方面表現出色。本研究可為全電船舶儲能系統散熱方案的選取和散熱系統的設計提供參考，保障鋰電池組在船舶上安全可靠的運行，同時也為鋰電池在船舶上大規模運用奠定基礎。
2 模型建立
2.1 電池散熱的數學模型
儲能電池包通常是由電池模組根據電壓需求串聯而成，而電池模組又是由多個單體電池通過串并聯的方式構成的，因此單體電池是構成電池模組和電池包的基本單元[10]。要對電池包的散熱特性進行研究，首先要建立單體電池散熱的數學模型。
展開 新能源電池包散熱系統CAE仿真實例
前言：
隨著新能源汽車市場推廣程度的逐漸深入，應用范圍不斷加大，對電池包散熱系統方案要求也越來越高。通過對電池散熱過程的熱仿真分析，可以預測電池溫度在放電過程中的變化趨勢，檢驗電池包的散熱性能，為電池箱的設計提供理論依據。
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電池包熱仿真實例，帶您快速了解電池散熱系統仿真分析。
分析中采用的前提和假設：
導熱率設置：
注：材料的導熱率設定，如果是單一材料部件，如外殼等，根據部件所使用的實際材料的導熱率給定；如果是復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，則材料導熱率，按照集總參數法，根據經驗和理論折算給定當量導熱系數，如電芯等。
功耗設置及風機選用：
單節電池的發熱量按照電流1A和內阻50mΩ確定為0.288w，電池為18650，容量2.4Ah；
風機統一為最大風量15.87m3/h，最大全壓31.33Pa的軸流風機，可以根據具體需求隨時改換。
分析方案：
仿真工作環境：30℃環境溫度下放電1小時
分析模型：
放電一小時溫度截面云圖（Z方向）：
放電1小時速度截面云圖（Z方向）：
放電1小時速度截面云圖（Y方向）：
電池放電一小時溫度分布圖1：
電池放電一小時溫度分布圖2：
仿真結論：
在此散熱方案下，大部分電池的溫度都處在40-45℃的區間之內，少數散熱條件較好的電池區域溫度低于40℃。在最高溫度可以接受的條件下，可以通過調整風機的風量和擺放來改善溫度的不均衡度。
歡迎關注微信公眾號：有限元科技
展開 摘 要：首先使用平行布置形式、X形布置形式以及梯形布置形式圓柱電池組的排列方式，采用COMSOL建立圓柱電池模型，并設置放電發熱條件，在相同布置形式不同風速的電池組以及不同布置條件下相同風速的電池組，對其做固體和流體傳熱（ht）仿真計算，獲得不同單體排列及不同進出風口開設下的溫度云圖分布，通過分析相同布置形式的出風口溫度云圖得出風速與溫度的關系，通過橫向對比不同布置形式的電池組溫度云圖，得出最優布置形式方案。
關鍵詞：電動汽車;電池組散熱;仿真研究;
1 引言
電動汽車的散熱主要是電池組散熱，由于散熱效果直接影響電動汽車的使用，所以動力電池組設計作為電動汽車三電系統設計是極為重要的，在有限的車體安裝空間中設計合理的電池組排列方式以及最佳的熱管理方案[1]。本文通過建立溫度場模型，對電池組模型進行二維仿真，雖然對模型有部分簡化，但還是可以分析出在不同布置形勢下的散熱效果，可以在使用中選擇圓柱電池的最優排布方式，提出降低電池組溫度的方法，可以在實際使用中用此方法延長電池組的壽命。
2 圓柱電池組溫度場建模與仿真條件
2.1 電池組二維模型建立與網格劃分
對模型進行了部分簡化的處理后，使用COMSOL進行了二維建模，建模如圖1所示，選擇了25個18650電池為一組進行建模，并只考慮了平行、X形以及梯形的布置形式，模型左邊藍色線條為進風口，右邊為出風口，如圖1所示。
(a）圖為平行布置形式電池排列方案，（b）圖為X形布置形式電池排列方案，（c）圖為梯形布置形式電池排列方案，三個方案的藍色邊緣的是進風口，右邊黑色并且凸起的邊緣為各個布置模型的出風口，圖中的25個圓形結構為18650圓柱電池的簡化模型。
展開 而動力電池作為新能源汽車的核心部件，其使用性能和壽命嚴重影響著其產業的發展。
面對動力電池產品研發中所面臨的熱安全問題，使用傳統的熱成像技術只能采集到電池表面的溫度變化情況，無法全面地獲悉產品完整的熱分布情況，且局限于較簡單的電池組結構。通過使用CAE仿真技術，可以幫助研發人員建立虛擬的電池組和散熱通道的三維模型，在此基礎上分析散熱效果并對不同方案進行對比和優化，取代了試驗方法，大大提高了設計效率。
下面以使用Flotherm對動力電池組散熱系統進行仿真分析為例，為電池組的結構優化提供依據。
案例背景
對某電池組在25℃環境溫度下，1C放電一小時進行模擬仿真，分析在電池組散熱系統中，截面溫度分布情況。
展開 3.1 自然對流散熱
圖2為自然對流條件下，電池模塊艙段中心截面的溫度氣流分布，其中電池模塊中上部的紅色區域溫度最高，最高可達63.4℃，電池模塊溫度沿中心向外逐漸降低，且底部電池單元的溫度比頂部電池單元的溫度低，最低約51℃。電池艙內空氣溫度分層，電池模塊周圍的氣體受熱，進而上升，在頂端遇到較冷的電池艙段內壁后，沿內壁下降，隨后在底部繼續受熱上升并進行循環，自然對流條件下，艙內空氣流動緩慢，最大氣流速度僅0.18m/s。電池模塊中心留有3 mm的縫隙，但縫隙較小，從縫隙中通過的氣流較少，無明顯散熱效果。
圖2 自然對流中心截面溫度氣流分布圖
3.2 風冷散熱
在電池模塊下方設置2個離心風機以加強艙內散熱效果，電池模塊艙段中心截面的溫度氣流分布如圖3所示，電池模塊中心溫度依舊最高，最高可達58℃，由于風機的作用，艙內空氣流速加快，氣流沿艙壁進行循環，平均速度可達0.5m/s，沿艙壁艙內空氣與電池艙段內壁的對流換熱增大，使得電池模塊的溫度出現明顯的降低，電池模塊最大溫度和平均溫度均下降5℃左右。
圖3 風冷散熱中心截面溫度氣流分布圖
自然對流和風冷散熱條件下的電芯最高溫度曲線如圖4所示，風冷散熱可明顯降低電池艙段內的電芯最高溫度，最大降幅在頂部33號電芯處可達8℃，在底部64號電芯的最小降幅也可達2.5℃。此外，風冷散熱對電芯之間的溫差無明顯改善作用，電芯的溫度分布情況也基本一致。
圖4 自然對流和風冷散熱的電芯最高溫度對比
3.3 風機功率對風冷散熱的影響
調節離心風機的散熱功率并匹配風量風壓P-Q曲線，使風機的功率分別為3 W、8 W和18 W,電芯最高溫度曲線如圖5所示，電芯的最高溫度在風機功率18W和3W時相差可達16℃，電芯之間的最大溫差也從8.7℃降低到5.7℃。
展開 
電池散熱的相關專題、標簽、搜索
電池散熱的最新內容
基于Ansys Mechanical、Fluent、Discovery，講解方程式賽車結構與熱流體核心仿真，包括剛度、拓撲優化、疲勞、碰撞；電池散熱、電機散熱，電化學分析等；2. 建立從概念驗證、方案對比到詳細分析的完整仿真思路，提升問題定位與設計優化能力；3. 將仿真嵌入賽車研發流程，實現仿真驅動設計，提升性能、縮短周期、提高研發效率。
感興趣的下滑預約學習??
時間：5月13日（星期三），16:00-17:00
內容簡介：
1、基于Ansys Mechanical、Fluent、Discovery，講解方程式賽車結構與熱流體核心仿真，包括剛度、拓撲優化、疲勞、碰撞；電池散熱、電機散熱，電化學分析等。
2、建立從概念驗證、方案對比到詳細分析的完整仿真思路，提升問題定位與設計優化能力。
基于Ansys Mechanical、Fluent、Discovery，講解方程式賽車結構與熱流體核心仿真，包括剛度、拓撲優化、疲勞、碰撞；電池散熱、電機散熱、電化學分析等；2. 建立從概念驗證，方案對比到詳細分析的完整仿真思路，提升問題定位與設計優化能力；3. 將仿真嵌入賽車研發流程，實現仿真驅動設計，提升性能、縮短周期、提高研發效率。
://img.jishulink.com/202605/imgs/59082cadea1c427dbbe71e902b7699ba"></p><p class="ql-align-justify"><strong>主題簡介：</strong></p><p>1、基于Ansys Mechanical、Fluent、Discovery，講解方程式賽車結構與熱流體核心仿真，包括剛度、拓撲優化、疲勞、碰撞；電池散熱
AKG 還能滿足下一代技術的散熱需求，這些技術對 7x24 的可靠性要求極高，包括能源基礎設施、醫療保健系統、數據中心以及電池和電氣化散熱管理系統。
Ansys熱應力分析可使電池包散熱板開裂風險降低30%、熱失控預警時間提前8分鐘，構建全周期安全防護體系，技術鄰依托資深師資團隊打造的定制培訓，能讓企業工程師快速掌握這套核心防護技術。
新能源汽車電池包的熱應力安全問題，是制約行業發展的關鍵瓶頸。電池包在充放電、高溫環境及熱失控初期均會產生顯著熱應力，若管控不當，極易引發殼體破裂、電芯擠壓短路等嚴重安全隱患。
技術鄰培訓則實現“技能落地+可遷移”，讓企業徹底擺脫對外包的依賴：學員不僅能獨立完成當前項目，更能掌握解決一類問題的核心思路——學完動力電池2C快充熱仿真，可遷移解決儲能電池、消費電池的散熱優化；學完工業烘箱溫度管控，能應對電子密封艙、戶外機柜等密閉空間的熱設計。
隨著800V高壓平臺、CTB電池技術普及，散熱器結構復雜度呈指數級增長——多流道設計、異形密封面、納米級翅片間距等創新架構，對幾何精度的控制達到納米級別。
對于自然風冷散熱的電池包，電池箱必須是完全密封的，在箱體或者箱蓋上設有透氣不透水平衡閥，起到平衡內外壓力、防爆的作用； 對于靠強制風冷的電池包，除了通風孔處，其余位置不允許發生泄露；電池箱的上下蓋必須加密封圈、電氣件接插口和進出口風道的位置必須加密封墊。
目前市面上的電池包中，主要有三大類密封圈。
雖然電動汽車也發生過自燃事件，但安全性還是比電動自行車高，原因多方面，比如，電動汽車會對電池包的散熱進行更完善的設計，我做up后發的第一個視頻就是用AICFD軟件進行電動汽車的電池散熱仿真。而且電動汽車的電池管理系統BMS比較強大，可以進行熱管理。
反觀電動自行車上BMS系統基本就是電池過充保護等簡單功能，有的甚至連BMS都沒有。
而且電動汽車會定期保養，保養主要內容就是電池。
