新能源行业工程技术进阶14讲：储能电池风冷和相变材料PCM热管理

本课适合哪些人学习：

1、学习仿真工程师；

2、STAR-CCM 软件学习和应用者；

3、学习新能源汽车电池包仿真的工程师；

4、从新能源汽车电池包冷却设计的工程师；

5、从热流耦合分析的工程师。

你会得到什么：

1.掌握STAR-CCM 计算流程

2.掌握动力电池风冷和相变理论知识

3.掌握动力电池热管理设计方法和流程

4.掌握动力电池几何模型简化方法

5.掌握动力电池几何检查方法

6掌握动力电池多类型网格划分方法

7.掌握风冷和相变仿真理论

8.掌握相变材料参数设置方法

9.掌握风冷和相变仿真计算调试方法

10.掌握风冷和相变移动参考系仿真方法

11.掌握风冷和相变刚体运动仿真方法

课程介绍：

STAR-CCM 储能电池风冷和相变材料热管理

一、风冷

空气冷却散热采用空气作为换热介质，根据冷却形式的不同，可以分为被动式冷却和主动式冷却。

•被动式冷却是指不借助任何辅助能量，采用自然风进行冷却换热，其结构简单，成本低，但是冷却效果差，受限于自然环境且散热性能无法控制。

•主动式冷却采用强制对流进行换热，借助风扇将低温空气送至电池模组，进行热量交换后从出风口排出，因其具有体积小、结构简单、设计灵活性高、成本低、和可靠性高的优点，在工程实践中得到了较为广泛的应用。

二、相变材料

相变冷却系统利用相变材料（Phase Change Materials，PCM）在相变过程中的高潜热性吸收或释放热量，进而实现对电池组进行换热。

•PCM 由于其固有的优点，如高潜热、高比热和相变过程中体积变化小、化学稳定性好、无毒、无腐蚀性以及降低冷却系统复杂度，被认为具有广泛的应用前景。 

•尽管PCM 有很多优点，但限制其应用在BTMS 的最大阻碍因素之一是PCM 的低导热性，因此，当前对于相变冷却系统的研究方向大多为制备高导热性的复合相变材料（Compound Phase Change Materials，CPCM）或借助金属翅片、金属泡沫来构建传热网络进行加强传热，从而达到对电池组高效散热的目的。

三、相变仿真方法

相变是物质从一种状态转变为另一种状态，在相变的过程中吸收和释放大量的能量且保持温度不变，这类材料被称为PCM。PCM 种类非常多，根据相变形式可以分为固-固相变、固-液相变、固-气相变等；根据材料类型又可分为有机PCM、无机PCM 和共熔物。

不同的PCM 应用于不同的需求中，应用在电池热管理系统中的PCM 应具备以下特性：

（1）相变温度适宜；

（2）具有高潜热，高导热，高比热容；

在电池热管理方向，目前的研究主要集中在有机PCM，如石蜡、聚乙二醇和有机酸等。其中，石蜡作为一种常见的固-液相PCM，具有成本低廉、化学稳定性好、相变温度范围选择广和相变潜热大等优点，较为符合电池热管理的需求，但其导热系数较低。常见的增强石蜡传热的方法有添加膨胀石墨制成CPCM或者耦合金属翅片。

相变传热模型

求解相变传热问题主要有显热容法和焓法，

•显热容法适合研究PCM 为单一成分且相变温度较为固定的传热过程，该方法分别对液相区和固相区建立能量方程，进行温度分布的求解； 

•焓法模型可以用于求解单一成分的PCM 的传热过程，也可以用于求解CPCM 传热，CPCM 在相变过程中存在一个固液两相糊状共存区，这里的相变温度是一个范围，该方法把焓作为因变量，在整个相变区域建立统一的能量方程。

四、相变计算方法验证

五、风冷和相变材料复合冷却

六、课程安排

本课程涵盖以下内容

• 第一讲：储能电池风冷和相变材料热管理教程介绍

• 第二讲：相变计算方法验证

• 第三讲：几何模型处理

• 第四讲：几何模型检查方法

• 第五讲：建立储能电池箱网格

• 第六讲：建立相变模型

• 第七讲：建立电池箱边界条件

• 第八讲：创建电池温度监测报告

• 第九讲：建立电池箱场景

• 第十讲：求解器设置

• 第十一讲：计算调试

• 第十二讲：结果分析

• 第十三讲：动画制作

• 第十四讲：风扇刚体运动法相变仿真

课程相关图片：