新能源全面进入超充时代！动力电池超级快充热管理仿真和试验对标

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：2024年4月25日，北京国际汽车展览会首日，宁德时代发布全球首款兼顾1000km续航和4C超充特性的磷酸铁锂电池新品——神行PLUS。自2023年8月发布神行超充电池，可以实现充电10min,续航400km，到今天发布神行PLUS，宁德时代用8个月时间，再次刷新磷酸铁锂电池纪录。神行PLUS不仅续航长，还充的快，充电10分钟即可补能600km续航，远超行业水平，真正实现“1秒1公里”的超级补能速度。

宁德时代发布神行PLUS电池

当前，电池包向着高能量密度和大倍率充电的方向发展，电池热管理方式也从传统的底面冷却发展为大面冷却或者是多面冷却。基于超级快充的多面冷却的热管理方式，传统的电池模型的建立的方式是否已经不满足目前多面冷却下热管理仿真精度，那么如何建立合理的模型建立方式呢？

图片来自网络

5月13日周一，2024汽车设计仿真专题月第十期讲座将邀请 10年+电池热管理仿真工程经验，长期从事电池3维,一维仿真以及联合仿真，具有系统深入的理论和新能源电池工程仿真工程经验——仿真秀优秀讲师-LEVEL水平线老师 做《动力电池超级快充热管理仿真和试验对标》线上报告，欢迎感兴趣的朋友收藏和报名。

一、电池快充的影响因素

快充需要在充电桩侧以及电池侧共同发力。电池侧主要包括了电芯以及系统的热管理能力。

首先来看电芯本身的快充能力：主要是两个方面，一是要避免快充时析锂导致的安全以及寿命衰减。其次是电芯电阻不能太大。主要两个影响，首先是产热比较大 (Q=I2R),容易达到电芯的安全运行温度。

而在电池系统的散热能力方面，主要考虑的是跟电芯接触的散热面积。电池包快充时功率和电流较高，导致发热量很大，充电速率很大程度上取决于能否高效散热。而对于热量传递以及热量对流的过程，其散热量都跟换热面积强相关，Q=K*A*ΔT, 其中K为导热系数或者换热系数，A为导热面积或者换热面积。几种主流的电池来比较的话，4680电池单位容量的接触面积跟21700是减小了的，虽然电芯采用无极耳设计，内阻大大降低，但是散热面积的大幅下降，导致其快充能力目前还不如21700, 加上顶部冷却的话可能勉强可以。类似的，在800V系统加持下，麒麟电池大面散热的能力十分强悍，其散热面积比21700的1.6倍，是底面和侧面散热的其他方案的接近2.4倍。可有效带走快充产生的热量。所以理论上在电芯能力相似的情况下，麒麟电池的快充确实强悍。

二、电池快充热管仿真

单体电芯的仿真：采用底部冷却，热管理的冷却路径主要通过卷芯-底面电芯外壳-界面材料-液冷板-冷却介质。多面冷却：卷芯-大面和底面电芯外壳-界面材料-液冷板-冷却介质。

相对于传统的液冷，电芯的发热量大了，导热的路径改变了，主要体现在电芯内部热量传递到液冷板，通过仿真对比，发现电芯的不同的简化方式对于仿真的结果影响较大。如何建立合适的电池模型，直播时再具体聊聊。详情见下文。

1、PACK快充仿真

（1）电池电流随着SOC和温度变化，soc和温度以那个地方更为合适？因为电池包内的电芯的温度是不一致的，每个电芯的soc也是有差别的。

（2）电池的内阻DCR随着SOC和温度变化，DCR取值选择那个更为合适？因为电池包内的电芯的温度是不一致的，每个电芯的soc也是有差别的。

（3）导电排的发热量对于仿真结果影响，主正负和铜牌连接的热阻的影响。

（4）恒功率加热转化温差和实际测试状态是否一致。

仿真边界条件：•环境25℃，电池包初始25℃，冷却液流量18L/min（321.9g/s）•全程液冷；最大制冷功率6kW（温差5.7），进口目标水温18℃，•按充电MAP将实际SOC从10%充电至80%

2、仿真结论：

环境25℃，电池包初始25℃，按充电MAP将实际SOC从10%充电至80%，整个充电的过程最大的发热量约18KW；
全程最大制冷功率6KW，进出口的目标水温18℃，流量18L/min。
充放电最高温50.5℃，通过对比温度和电流的曲线发现，快充的前期电流较大，当温度达到50℃后，电流会出现波动，注意是由于达到电池充电map的限制功率的导致的。
整个过程液冷系统的流量为18L/min，环境温度25℃，大约在18s左右达到目标温度18℃，出口温度先下降，后上升，最后稳定在25℃左右。

三、动力电池超级快充热管理

为了帮助读者更好的理解和掌握超充时代热管理仿真，5月13日20时，我们邀请10年+电池热管理仿真工程经验，长期从事电池3维,一维仿真以及联合仿真，具有系统深入的理论和新能源电池工程仿真工程经验——仿真秀优秀讲师-仿真秀优秀讲师-LEVEL水平线老师做《动力电池超级快充热管理仿真和试验对标》线上报告，欢迎感兴趣的朋友收藏和报名。本报告将从单体电池到电池包的几何模型、网格模型、求解计算等方面阐述超级快充下电池仿真分析的解决方案，并用实际算例介绍电池热管理分析的全过程及注意问题。