我的新能源动力电池PACK热管理仿真案例（附视频直播）
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导读：本文为新能源电池热管理仿真案例介绍，笔者根据项目经验从电池热管理开发流程、分析工况、电池产热计算、热管理CFD分析五个方面进行阐述，列出部分典型分析工况（静态和动态），介绍电池产热计算说明和方法，CFD分析中展示了流场分析、快充和高速行车两种工况仿真结果。最后，如何能够掌握电池热管理设计及其仿真分析的能力，笔者根据自身经验给出几点建议，希望能够帮助到从事相关科研和工作的朋友们。一、 电池热管理开发流程
电池热管理开发贯穿于电池包系统设计开发全周期，包含电池温度控制、冷板、管路系统等设计，而电池热管理仿真作为整个热管理开发中最为有效的方法，对产品设计、方案评估和优化设计起到决定性作用，有效缩短开发周期，降低开发成本。不管是来自整车厂、电池PACK厂还是供应商的工程师，需要了解各子零部件开发与电池包、整车开发流程的关系，根据整车一级开发计划不断细化到各子零部件开发计划。电池热管理系统的开发流程应与电池包开发流程保持一致。热管理系统的设计贯穿于整个电池包的设计过程中，在整车开发经过A样件、B样件、C样件以及产品4个阶段，电池热管理参与每个阶段的设计、更改、试制以及验证。电池热管理系统设计的主要目标是：在考虑空间布置、设计成本、轻量化等条件下，通过加热或冷却控制，保证电池系统工作在相对适宜的工作温度，同时减小单体间温度，保证一致性。设计性能良好的电池组热管理系统，要采用系统化的设计方法。电池组热管理系统设计的过程包括如下步骤：
电池热管理系统设计流程进一步细化，分别具体到每一项工作任务，细化工作如下：（1）确定热管理系统的目标及要求：分解整车目标，细化热管理系统流阻、温差、冷却性能及加热等要求；（2）测量或评估模块生热及热容量：电芯循环测试；电芯生热功率测试；电池等效电路模型搭建；锂离子电池充放电过程是电化学反应，所以它的发热实际上是非常复杂的过程，通过恒定值或I^2R来评估电池生热功率是不精确的。准确情况下采用Bernadi公式计算：其中I为电流值，U为电池端电压，E为开路电压；dE/dT为熵值系数。这个公式计算发热非常准确，而无论是单电芯还是整车工况下，都可以用它来计算发热功率的；实际过程中通过试验和等效电路仿真需要进行标定计算。（3）热管理系统首轮评估：选定传热介质；设计散热结构等；通过热计算来初步估算各液冷回路流量分配，估算液冷板有效换热面积来设计散热结构。（4）预测模组及电池总热行为：模组不同工况温度测试；不同工况下电池发热功率；不同工况下电池热管理CFD分析；
（5）细化热管理系统：热管理控制策略制定；冷板及流道结构设计；水冷板CFD分析；整车工况下电池包CFD分析；流场分析：在电池冷却系统设计过程中，对冷却系统进行流场分析，得到在不同流量下冷却系统的流阻特性、流量分配等信息，用以初步评估冷却系统冷却均匀性，并为水泵选型和匹配作参考。
放电工况分析：放电工况目前分析极端工况即高温高速工况一项，即对电池在高温状态下工作进行仿真模拟，评估冷却系统性能，以及电池最高温、温差等指标。充电工况分析：充电工况包括高温快充、常温快充、低温快充、低温慢充等，主要用于评估在不同温环境条件下，电池的充电特性以及温度、温差等热管理指标。（6）热管理系统试验验证-DV测试：水冷系统台架试验；整包热管理台架试验；整车热管理试验；（7）热管理系统优化：散热结构设计优化；热管理控制策略优化；（8）热管理系统产品试制：PV样件试制（不同开发阶段）；
（9）热管理系统试验验证-PV测试：整包热管理台架试验；整车热管理测试；
二、分析工况
对电动汽车而言，驾驶习惯、实时路况、环境气候等是形成各个工况的因素，电池的工作状态是由汽车工况所决定的，准确地理解整车工况以及自身工作特性有助于进行电池CFD分析，而电池CFD分析有助于准确评估电池包在各个工作状态下是否满足温度、温差特性，对应地制定热管理控制策略。三、产热计算
电芯性能研究是电池系统设计开发中非常关键的部分。电芯产热计算是电池热管理设计非常重要的环节，整个过程涉及很多方面的工作，比如电芯性能、测试、模型标定，数据分析、仿真等，电芯产热评估直接决定是否能够有效地预测各工况下电池热行为。四、热管理CFD分析
在电动汽车电池热管理方案开发过程中，对热管理方案进行CFD仿真分析，用于评估电池热管理方案可行性，并指导热管理系统方案设计和优化，同时可对热管理热略标定和优化提供参考。下面将对建模方法（基于STARCCM ）和分析内容进行论述。五、总结
如何能够掌握电池热管理设计及其仿真分析的能力，谈谈个人几点建议：1、软件篇：精通一款CFD仿真软件（目前汽车行业以STARCCM 和Fluent为主），能够正确地运用软件实现电池热管理仿真分析，软件操作方面能够有效保障仿真分析精确，评估并优化热管理系统设计。2、专业篇：了解新能源领域有关知识，比如电池包结构设计、BMS、测试、整车系统等，掌握电池热管理相关知识，比如电芯产热计算、液冷系统设计、工况分析等，有效的预测各工况下电池包的工作特性和热行为，为电池包系统设计提供有力保障。福利：点击附件下载一份《奔驰整车热管理模拟案例分析》PDF 文件。如下图。六、公开课-【动力电池案例】基于STAR-CCM 网格划分
划分网格是建立有限元模型中最为关键的环节，同时也是相对比较耗时和复杂的步骤。若网格处理的不正确将影响计算精度，质量太差的网格设置会直接造成计算发散或残差过大等问题，因此掌握如何准确地划分网格尤为重要。什么是有效的网格？总体来说，有效的网格是允许模拟初始化，同时完成模型求解计算，这就是有效的网格，但能够说明一定是高质量的网格吗？网格的类型、数量、疏密程度等都会影响网格质量，笔者曾对同一模型进行数十次的网格优化尝试得出相对最优的网格，本次直播笔者将根据多年经验总结，将从网格类型、设计及优化等方面讲解网格划分方法和技巧，希望大家能从中得到启发，解决实际问题。2020年11月05日晚8点，笔者应仿真秀邀约，将在仿真秀平台为大家带来《【动力电池案例】如何通过STAR-CCM 进行网格划分？》直播公开课。
感兴趣的学员，可添加下方小助手微 信，进入笔者微 信群。
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