整个模型包括5和50AH三元电芯,电芯底部采用液冷冷却方式,进口流量为0.01kg/s,环境温度30℃,初始的温度30℃,假设单个电芯的发热量为20000W/M3
设置网格参数,设置基本尺寸为10mm,最小网格尺寸为1mm,边界层设置3层,体网格的最大单元设置为10mm,网格数量为1417917,具体的网格质量参数如下所示,Face validity>1,Volume change>1e-2,网格质量较好,满足计算的要求。
设置体网格,体网格的最大单元设置为8mm,其它保持默认4.27min后体网格划分结束,网格数量为1234916,网格正交比>0.2,具体的网格质量参数如下所示,满足计算的要求
定义材料参数如下表所示:定义好材料参数后,把每个材料赋予到对应的模型上去,电池的能量密度为20000W/M3,对于相同材料的模型可以采用copy方式去赋予材料效率更高
密度 | 比热 | 导热系数 | |
铝 | 2719 | 871 | 202.4 |
Cell | 2300 | 930 | 18.5/18.5/1.5 |
导热垫 | 2420 | 967 | 2 |
Hyb | 1800 | 550 | 0.2 |
定义边界条件:
设置进口边界条件为质量流量进口,流量为0.1Kg/s,进口的温度25℃,出口的边界条件为压力出口,
设置监测包括:
在计算的过程通过设置的监测数据,判断计算的是否收敛,一般监测的参数都是在仿真中比较关系的参数,比如温度,压力参数等。下图设置了监测每个电芯的最高温度,冷却流道压降参数。
初始化:
求解前需要进行初始化。设置求解保存、步骤和停止条件等。进行过初始化后,即可计算面和体等相关的参数,如面积、体积等。
结论:
Sarccm计算迭代了1360步,任然达到10e-3收敛标准,但是查看监测的数据已趋于稳定,可继续计算一段时间,演示计算这里位置。电池的最高温度35.1℃,系统压降35.1pa流道出口温度25.8℃
Fluent计算迭代了136步,达到10e-3收敛标准,但是查看监测的数据已趋于稳定,可认为收敛了。电池的最高温度34.8℃,流道压降42pa,流道出口温度25.9℃
从计算的速度来看Fluent的收敛速度远远优于starccm,两个软件在电池最高温度计算结果相差0.3℃,还是可以接受的,但是流阻相差近7pa,不知道是否由于计算设置问题,文末有计算源文件,欢迎大家计算验证比较。
Fluent Starccm
Fluent Starccm
更多考虑点:
上文动力电池热管理仿真为粗略的仿真方法,模型还是比较小,需要处理和注意的细节相对较小,仿真的方法还需进一步的优化,本次仿真未考虑,热阻、随时间变化发热功率,导电排,极柱的欧姆热、随温度变化的材料参数等等因素。