动力电池热管理及热流场仿真分析案例分析-基于Fluent热管理仿真33讲

本课适合哪些人学习：

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1、学习仿真工程师

2、理解有限元基本概念、熟悉仿真分析流程的工程师

3、从事动力电池热管理分析的工程师

4、ANSYS-SCDM FLUENT meshing和FLUENT软件学习和应用者

5、对动力电池热性能研究的在校学生和教师

你会得到什么：

获得3D简化前和简化后的数模文件

获得热仿真模型源文件

获得电芯不同工况下电芯的发热量测试数据

1、学员可以掌握ANSYS-SCDM FLUENT meshing和FLUENT在动力电芯仿真分析的工作流程、注意事项及必备技能。

2、ANSYS-SCDM在动力电池仿真前处理基本操作和技巧经验（电池热仿真前处理简化的原则）

3、掌握基于FLUENT meshing和FLUENT在动力电池CFD仿真分析中分析流程和电池行业中仿真经验

4、掌握新能源汽车行业仿真工况标准；如低温加热 高速行驶、常温行车、高温行车等，熟悉新能源汽车在不同工况下电池温度变化情况以及对动力电池热管理技术设计行业评估标准。

5、解决学员在ANSYS-SCDM FLUENT meshing和FLUENT软件应用过程中遇到的难点和痛点；

6、能够具备独立建立液冷系统三维简化模型和热流体仿真模型的能力。

7、掌握动力电池热流场仿真结果后处理的方法，以及评估动力电池热管理的方法，能够正确解读电池流场仿真和热仿真结果，并提出合理的结构和充放电策略改进建议；

课程介绍：

该课程让学员掌握ANSYS-SCDM FLUENT meshing和FLUENT在动力电芯仿真分析的工作流程、注意事项及必备技能。学习ANSYS-SCDM在动力电池仿真前处理基本操作和技巧经验（电池热仿真前处理简化的原则），掌握基于FLUENT meshing和FLUENT在动力电池CFD仿真分析中分析流程和电池行业中仿真经验；掌握新能源汽车行业仿真工况标准；如低温加热 高速行驶、常温行车、高温行车等，熟悉新能源汽车在不同工况下电池温度变化情况以及对动力电池热管理技术设计行业评估标准。解决学员在ANSYS-SCDM FLUENT meshing和FLUENT软件应用过程中遇到的难点和痛点；能够具备独立建立液冷系统三维简化模型和热流体仿真模型的能力。掌握动力电池热流场仿真结果后处理的方法，以及评估动力电池热管理的方法，能够正确解读电池流场仿真和热仿真结果，并提出合理的结构和充放电策略改进建议。

课程要点：

1.电池热管理的基本知识:包括锂电池的工作原理，温度对电池影响，电池发热量获取方式，传热的基本方式，为什么需要电池热管理，热管理具体开发什么内容等？

2.认识仿真流程：主要包括仿真基本的流程、网格划分的要点、理解热管理边界条件来源，热管理仿真工况评价的方法） 3.电池包几何前处理（针对不同的仿真工况，电池包的简化的基本方法和原则，实列演示电池包箱体、液冷系统、模组等件的简化过程。基于scdm建立模型共享和群组建立，让后面仿真处理更加方便）

4.电池包网格划分： Fluent mesing网格划分流程讲解、网格尺寸定义技巧、网格质量评价、网格质量优化方法等。实列演示电池包网格划分，理解网格划分的技巧。

5.Fluent求解：物理模型选择，边界条件、物理模型参数设置（固体参数、气体参数、冷却液参数）、求解器设置、初始值设置、shell单元的处理等，监测关键参数变化曲线，

6.热管理仿真分析：实列演示电池包仿真求解设置流程、仿真结果处理方法，理解电池包在高温行车、低温加热行车、常温行车、不同工况下仿真的特点，同时理解基于不同冷却方式下自然冷却、风冷、加热膜加热、液热仿真特点。仿真收敛判定标准以及处理fluent发散的主要的方法。

该电池包采用的冷却方式为箱体底部集成液冷系统，将所有液冷板放置于电池模组下部，通过导热硅胶进行热传导。模组内部结构复杂，为了提高计算效率，不考虑电池内部结构，假设电池内部材料物理属性相同，在相同方向上导热系数相同。整个电池系统采用1p39s，单个电芯选用50Ah三元电芯，总的电量为7.02Kwh，电池1C放电发热量为6W比热容1033J/(kg·℃)质量为0.95KG电芯的外形尺寸为91*27.7*148.2三个方向的导热系数分别为*、*、*。

仿真工况：

• 模组常温自然散热工作，电芯1c放电，发热量参考下表，环境温度25℃，初始温度25℃。

• 高温高速行车工况，进口的温度设置为*℃，进口流量*g/s ，电芯1c放电，发热量参考下表，环境温度*℃，初始温度*℃。

• 常温行车工况，初始温度*℃，环境温度*℃，当ntc监测Tmax≥*℃，开启液冷，开启后，如果温度降到ntc监测Tmin≤*℃，关闭液冷，进口流量 *g/s，温度*℃，电芯1c放电，发热量参考下表。

• 低温液热加热 快充工况，进口的温度设置为*℃，*g/s，环境温度*℃，初始温度*℃，箱体外对流换热系数*w/m2·k，加热到ntc监测Tmin≥*℃，关闭加热，电芯1C充电，发热量参考下表。

• 低温加热膜加热 快充工况，环境温度*℃，初始温度*℃，加热到ntc监测最低温度*℃需要的时间，加热膜的功率密度*W/CM²和*W/CM²

• 风冷散热，风扇流量*m/s，进口温度*℃，环境温度*℃, 开启1C充电，发热量参考下表。

• 低温保温，环境温度*℃，初始温度*℃。保温*小时，cell温度大于*℃。

课程结果分析

常温工况是指在春秋25℃情况下，电池初期未达到开启冷却系统的温度条件，当电芯持续放热，最高温度的达到38℃时，开启液冷系统，冷却液进口温度设置为25℃，当温度降到30℃以下时，关闭液冷系统。

如下图为电芯导电排NTC处的温度变化曲线下图，初始温度为25℃，在全程3600s放电过程中主要分为两个阶段，在0-2905s，没有开启液冷系统，2905-3600s开启液冷系统，从图中可以看出，开始液冷时候并不是电芯温度最高的时候，主要是由于热惯性和电芯本身热阻较大，导致位于电芯最上面温度在开始液冷系统后温度继续上升。在放电末端电芯温度出现抖动现象，从电芯的发热量可以发现，在放电末端发热量较大且波动较大，导致电芯也出现类似的温度波动情况。如下图为电芯温度云图，在未开启液冷时，整个电芯温度分不呈现中间高，两端低，主要由热累计导致的。在开始液冷系统后，整个电芯温度为进口侧温度低于出口侧温度，主要由于冷却液冷却进口出口冷却效率不一致导致的，从温差曲线也可看出，第一阶段温差较小，开启液冷后，温差增大，整个过程，温差低于5℃。下图为液冷系统压力和速度云图，系统压降1503pa，流道内部压力变化均匀，压力突变主要在进出口，如优化流阻，可优化进出口。流道内部主要流速0.2m/s，内部速度较小，流道可进一步优化，如减小流道解密，提高流速，提高冷却效果。从冷却液的云图可知，冷却液的从进出口的温差8.4℃。

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