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电池热管理教程-电芯建模

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摘要

此教程由4部分组成:单热节点电芯建模,多热节点电芯建模,参数化有限元的电芯建模和基于数模的有限元电芯建模。分别介绍了不同分辨率的电芯建模方式,以及在有无数模时的建模方式。此教程还详细介绍了一些后处理技巧。


此文档对应的视频教程已发布于B站,链接如下,在此不再详细介绍建模过程,教程文档可发邮件至support@atic-cn.cn获取。


单热节点电芯建模:

https://www.bilibili.com/video/BV1ByroYeEjB/


多热节点电芯建模:

https://www.bilibili.com/video/BV1m5kwY8Eag/


参数化有限元电芯建模:

https://www.bilibili.com/video/BV1GrkFYPEcn/


基于数模的有限元电芯建模:

https://www.bilibili.com/video/BV1vKkKYHEvz/


模型一:单热节点电芯热管理模型

单热节点电芯模型适合于电芯内部的温度梯度不显著的场景。电芯电学模型采用等效电路模型ECM建模,热模型采用热节点Thermal Mass模板建模。冷板采用热节点Thermal Mass模板建模,管路采用圆管PipeRound模板建模,冷却液为egl-5050。

模型展示如图1:


   

图1 单热节点电芯热管理模型


   

图2 不同倍率充电时电芯温度变


模型二:多热节点电芯热管理模型

多热节点电芯模型适合于电芯内部的温度梯度显著的场景。该方法需要借助电芯数模,在GEM3D中进行切割。当每一个电芯需要分割为几十个乃至上百个时,因为不同电芯之间需要进行热传导的连接,当存在如此大量的节点时,此操作会变得很繁琐。故该方法适合较低分辨率的需求。


   

图3 GEM3D中处理电芯和冷板模型


在GT-SUITE中建立电池电学模型、冷却液管路以及入口出口边界条件,多热节点电芯热管理模型如图4所示。


   

图4 多热节点电芯热管理模型


   

图5 2C充电过程中电芯各节点温度变化


模型三:参数化有限元的电芯热管理模型

当工程师没有电芯数模,只有电芯尺寸参数的情况下,同时又想要高分辨率的电芯模型,那么工程师可以基于参数化的有限元(FEMesh3DAuto模板)方案进行建模。该方案优于第二种方案,因为电芯之间的热传导连接会自动识别相应的网格。


   

图6 有限元电芯模型


参数化有限元电芯热管理模型如图7。


   

图7 参数化有限元电芯热管理模型


   

图8 2C充电,电芯最高、最低节点以及平均温度


模型四:基于数模的有限元电芯热管理模型

当工程师有了电芯数模,同时又想要高分辨率的电芯模型,那么工程师可以采用基于数模的有限元方案进行建模。在GEM3D中,将电芯转化为有限元模型,将冷板转化为热节点模型,如图9。


   

图9 GEM3D中电芯模型


在GT-SUITE中建立电池电学模型、冷却液管路模型以及进出口边界条件,如图10。


   

图10 基于数模的有限元电芯热管理模型


   

图11 2C充电,电芯最高、最低节点以及平均温度

来源:艾迪捷

电路
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首次发布时间:2025-09-19
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艾迪捷
MBD CAE解决方案专家
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