动力电池热管理仿真案例-常温高速/高温/低温工况仿真分析

新能源动力电池热流体仿真分析涉及面广、难度大，对一个新手来说，很难在短时间内，涉及到每个板块的内容，动力热管理仿真不仅仅是仿真过程学习，也是热管理设计学习，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，将会是一个漫长的过程。下面分析动力电池仿真前处理进行分析：

       锂电池Pack设计中往往会借助热流体仿真分析来辅助工程师完成pack热管理系统设计，在热管理系统设计阶段，可对Pack、模组或电池进行热场仿真分析，根据仿真结果快速地选择出冷却、加热和保温方式；在冷却子系统设计阶段，可以对Pack、模组或电池（带冷却子系统）进行热场和液冷系统的设计目标为：在指定工况下运行，电池系统内部电芯的最大温度小于50℃；电芯之间的温差小于等于5℃；液冷系统的压降小于10kPa，依据下图电芯单体的产热数据，计算在1c满放的情况下电池系统的产热功率。

       下图为在常温高速行车工况电池温度随着时间变化的温度云图，该工况模拟了一般常温条件下，驾驶员在高速上高速行车。初始环境温度为20℃，当监测点最低温度大于38℃开启冷却系统，冷却液单个进口流量4L/min，入口温度22℃。下图为常温行车电芯监测点温度变化曲线，总个工况分为两个工作过程，分别为0-3368S液冷系统未开启的第Ⅰ阶段和3369s-3600s液冷系统开启的第Ⅱ阶段。

在第Ⅰ阶段，电芯温度随着放电进行持续升高，在第3368s最低温38℃，温差3.1℃，满足系统设计目标5℃；在第Ⅱ阶段的第3369s开始液冷系统进行冷却，但温度还继续升高，一方面由于热惯性的存在，另一方面，由于电芯放电末端发热量倍增，导致开始冷系统后电芯温度继续上升主要因素。

到了3548s由于冷却系统作用电芯的温度出现下降。整个过程最高温度42.7℃，最大温差3.2℃，满足设计目标。

该工况模拟了新能源汽车在夏天室外环境曝晒一天后，启动汽车进行高速行驶工况，属于电池系统的高温冷却工况，下图为高温冷却电芯温度变化曲线上，分析得出1C满放的工况时，在冷却系统作用下，最高温度40.6℃，电芯间的最大温差1.8℃，满足热设计目标，在曲线末端出现温升现象，下图可看出电芯在放电末端发热量较大，通过计算，第Ⅱ阶段电芯的平均发热量是第Ⅰ阶段的1.8倍，所以在放电末端，电芯发热量增大，导致曲线末端出现温升现象。

下图为在低温工况电池系统随着时间变化的温度云图，该工况模拟了新能源汽车在冬季寒冷得季节放置车 库一夜后，启动汽车把电池加热到能工作温度并进行高速行驶工况。

      初始环境温度为-20℃，当监测点最低温度不小于5℃时关闭液冷系统，冷却液单个进口流量4L/min，入口温度30℃。

       整个仿真过程包括低温加热和1c放电工况，在低温加热工况下，电芯监测点最高温度10.9℃，最大温差6℃，液冷系统加热速率为1.6℃/min；1c放电工况，检测点最高温度30℃，放电末端温差在3.7℃内。温差整体先增大后减小，加热拉大电芯温差，放电过程温差减小，主要是由于放电过程中每个电芯发热量一样，发热较电芯底部加热热量更加均匀。