基于Star-CCM 液冷电池热管理仿真

 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 

• 网格划分

在scdm里面对数模进行简化，并对每个模块进行命名，在建立仿真模型前，需要先建立交界面，通过starccm 压印的功能实现，压抑的容差设置为0.0001m，勾选上CAD压印选项，便于压印成功。压印结束后需监测压抑是否成功，看是否出现自由边，穿刺面等问题，如果出现少量问题，可利用straccm修复工具进行修复。

 在画网格前需要把零件部件分配给区域，选择为每个零部件创建一个区域和为每个零部件表面创建一个边界，使得软件能够识别零件，后续的赋予材料也是赋予对应的区域部分。

 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。

 边界层的位置划分了3层网格，导热垫厚度方向的网格层数也是大于2层，

• 物理模型材料定义
  

 建立物理连续体。以电池为例，空间维度为三维,时间为隐式不定常，材料为固体，固体为恒密度 ,分离固体能量；冷却液选择，三维，流体、恒密度、分离流体温度、湍流、k-e模型，在选择求解模型，软件会带相对于的一些其它必须的模型下面的两层全y 壁面处理。

      模型选择完成之后，在Solid菜单下对材料属性进行定义，材料库中默认的固体材料为铝，在此对其密度、比热容、导热系数的数值进行设置，电池自身的层状结构使得其厚度方向的导热系数远低于高度和长度方向，因此此处选择各向异性导热系数；在初始条件中设置电池的初始温度，其他固体域的模型选择和参数设置与此类似。建立网格模型和物理模型后，可选中每个计算域，并为其选择适合的网格连续体和物理连续体。

      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

• 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：

      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：

迭代了1360步，任然未达到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。

1. 电池的最高温度35.1℃

2. 系统压降35.1pa

3. 流道出口温度25.8℃

• 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。

文末福利： 新能源动力电池热管理仿真和设计涉及面广、难度大，仅理论基础就涉及传热学，热力学，流体力学，机械设计，电化学，电池基础知识等。对一个新手来说，很难在短时间内，涉及到多个领域去学习。如果靠自己摸索，从新手到能独立建立动力电池热仿真模型或者设计热管理系统，将会是一个漫长的过程。   现推出《 新能源动力电池热管理仿真分析案例实操》《新能源动力电池热管理设计》两套课程，