導讀：本文為新能源電池熱管理仿真案例介紹，筆者根據項目經驗從電池熱管理開發流程、分析工況、電池產熱計算、熱管理CFD分析五個方面進行闡述，列出部分典型分析工況（靜態和動態），介紹電池產熱計算說明和方法，CFD分析中展示了流場分析、快充和高速行車兩種工況仿真結果。 最后，如何能夠掌握電池熱管理設計及其仿真分析的能力，筆者根據自身經驗給出幾點建議，希望能夠幫助到從事相關科研和工作的朋友們。

一、 電池熱管理開發流程電池熱管理開發貫穿于電池包系統設計開發全周期，包含電池溫度控制、冷板、管路系統等設計，而電池熱管理仿真作為整個熱管理開發中最為有效的方法，對產品設計、方案評估和優化設計起到決定性作用，有效縮短開發周期，降低開發成本。

不管是來自整車廠、電池PACK廠還是供應商的工程師，需要了解各子零部件開發與電池包、整車開發流程的關系，根據整車一級開發計劃不斷細化到各子零部件開發計劃。電池熱管理系統的開發流程應與電池包開發流程保持一致。熱管理系統的設計貫穿于整個電池包的設計過程中，在整車開發經過A樣件、B樣件、C樣件以及產品4個階段，電池熱管理參與每個階段的設計、更改、試制以及驗證。

電池熱管理系統設計的主要目標是：在考慮空間布置、設計成本、輕量化等條件下，通過加熱或冷卻控制，保證電池系統工作在相對適宜的工作溫度，同時減小單體間溫度，保證一致性。

設計性能良好的電池組熱管理系統，要采用系統化的設計方法。電池組熱管理系統設計的過程包括如下步驟：

電池熱管理系統設計流程進一步細化，分別具體到每一項工作任務，細化工作如下：

（1）確定熱管理系統的目標及要求：分解整車目標，細化熱管理系統流阻、溫差、冷卻性能及加熱等要求；
（2）測量或評估模塊生熱及熱容量：電芯循環測試；電芯生熱功率測試；電池等效電路模型搭建；鋰離子電池充放電過程是電化學反應，所以它的發熱實際上是非常復雜的過程，通過恒定值或I^2R來評估電池生熱功率是不精確的。準確情況下采用Bernadi公式計算： Q=I（E-U）+IT*dE/dT 其中I為電流值，U為電池端電壓，E為開路電壓；dE/dT為熵值系數。這個公式計算發熱非常準確，而無論是單電芯還是整車工況下，都可以用它來計算發熱功率的；實際過程中通過試驗和等效電路仿真需要進行標定計算。
（3）熱管理系統首輪評估：選定傳熱介質；設計散熱結構等；通過熱計算來初步估算各液冷回路流量分配，估算液冷板有效換熱面積來設計散熱結構。
（4）預測模組及電池總熱行為：模組不同工況溫度測試；不同工況下電池發熱功率；不同工況下電池熱管理CFD分析；
（5）細化熱管理系統：熱管理控制策略制定；冷板及流道結構設計；水冷板CFD分析；整車工況下電池包CFD分析；流場分析：在電池冷卻系統設計過程中，對冷卻系統進行流場分析，得到在不同流量下冷卻系統的流阻特性、流量分配等信息，用以初步評估冷卻系統冷卻均勻性，并為水泵選型和匹配作參考。放電工況分析：放電工況目前分析極端工況即高溫高速工況一項，即對電池在高溫狀態下工作進行仿真模擬，評估冷卻系統性能，以及電池最高溫、溫差等指標。充電工況分析：充電工況包括高溫快充、常溫快充、低溫快充、低溫慢充等，主要用于評估在不同溫環境條件下，電池的充電特性以及溫度、溫差等熱管理指標。
（6）熱管理系統試驗驗證-DV測試：水冷系統臺架試驗；整包熱管理臺架試驗；整車熱管理試驗；
（7）熱管理系統優化：散熱結構設計優化；熱管理控制策略優化；
（8）熱管理系統產品試制：PV樣件試制（不同開發階段）；
（9）熱管理系統試驗驗證-PV測試：整包熱管理臺架試驗；整車熱管理測試；

二、分析工況對電動汽車而言，駕駛習慣、實時路況、環境氣候等是形成各個工況的因素，電池的工作狀態是由汽車工況所決定的，準確地理解整車工況以及自身工作特性有助于進行電池CFD分析，而電池CFD分析有助于準確評估電池包在各個工作狀態下是否滿足溫度、溫差特性，對應地制定熱管理控制策略。

三、產熱計算電芯性能研究是電池系統設計開發中非常關鍵的部分。電芯產熱計算是電池熱管理設計非常重要的環節，整個過程涉及很多方面的工作，比如電芯性能、測試、模型標定，數據分析、仿真等，電芯產熱評估直接決定是否能夠有效地預測各工況下電池熱行為。

四、熱管理CFD分析在電動汽車電池熱管理方案開發過程中，對熱管理方案進行CFD仿真分析，用于評估電池熱管理方案可行性，并指導熱管理系統方案設計和優化，同時可對熱管理熱略標定和優化提供參考。下面將對建模方法（基于STARCCM+）和分析內容進行論述。

五、總結如何能夠掌握電池熱管理設計及其仿真分析的能力，談談個人幾點建議：1、軟件篇：精通一款CFD仿真軟件（目前汽車行業以STARCCM+和Fluent為主），能夠正確地運用軟件實現電池熱管理仿真分析，軟件操作方面能夠有效保障仿真分析精確，評估并優化熱管理系統設計。2、專業篇：了解新能源領域有關知識，比如電池包結構設計、BMS、測試、整車系統等，掌握電池熱管理相關知識，比如電芯產熱計算、液冷系統設計、工況分析等，有效的預測各工況下電池包的工作特性和熱行為，為電池包系統設計提供有力保障。

責任編輯：xj

原文標題：我的新能源動力電池PACK熱管理仿真案例（附視頻直播）

文章出處：【微信公眾號：模擬在線】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。