Comsol锂电池组风冷散热模拟
本例演示了Comsol求解锂电池组风冷散热的计算过程。首先建立了4*3锂电池组模型，然后采用固体传热和层流模块，模拟锂电池组风冷散热过程的温度和流速等分布，其次模型使用四面体和边界层网格进行网格划分，最后利用稳态求解器求解模型。 投稿｜热流Es 编辑｜小苏 审核｜赵佳乐 图｜（除特殊标注外）由软件截图提供锂电池锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池具有高能量密度、长循环寿命、低自放电率和无记忆效应等优点，广泛应用于电动汽车、电动工具和航空航天等领域 。锂电池在汽车行业已得到大规模应用，2020年电动汽车产量达406.2万辆。另外，在民用航空领域，锂电池因有助于减轻飞机空重、噪音和环境污染，已成为新型民用飞机电动力储能的优势选项。锂电池常用的冷却方式就是空气冷却。空气冷却主要是以空气为介质进行热交换，通过空气的流通对发热的锂电池组进行降温处理，因其成本低、结构简单、维护方便等优点被广泛应用于早期电池热管理设计中。空冷可分为自然对流冷却和强制对流冷却。自然对流冷却是指利用空气的自然流动来达到散热的目的；强制对流冷却是指利用风扇或专门设计的风管在特定空间内形成相应的气流，以达到散热的目的。两者的区别就是空气流动的速度即风速不同，而在设计中也常采用对比不同风速比较散热效果的方法。图1. 锂电池物理建模锂电池组几何模型如图2所示，其中圆柱代表锂电池组，长方体内部充满空气，左右两侧圆形依次为空气流入流出口。计算过程所需材料参数如图3所示。图2. 锂电池组几何模型图3. 材料参数边界条件（1）入口设置温度边界293.15K，流速5m/s；（2）出口设置出口温度边界，压力0Pa；（3）初始温度293.15K，初始速度0m/s，初始压力0Pa；（4）锂电池组设置热源10W。（5）外边界设置热通量边界，外部环境温度293.15K，换热系数取10W/(m*K)；（6）多物理场耦合方式：非等温流。图4. 边界条件网格划分数值计算前通过网格划分对模型计算区域进行离散化处理，计算过程采用四面体和边界层网格对模型进行划分，具体网格分布如图5所示。图5. 网格分布结果展示采用稳态全耦合求解器计算，得到锂电池组风冷散热过程的温度和流速等分布如下所示。图6. 温度分布图7. 速度分布图8. 温度和速度分布图9. 压力分布图10. 流线分布来源：Comsol有限元模拟
