工质热物理性质计算程序的编制及应用_新能源动力电池热管理方案设计和热流体仿真...
動(dòng)力電池作為新能源汽車的主要?jiǎng)恿υ?#xff0c;其對(duì)新能源汽車的重要性不言而喻。在實(shí)際的車輛使用過(guò)程中，電池會(huì)的面臨的使用工況復(fù)雜多變。
在低溫下，鋰離子電池會(huì)出現(xiàn)內(nèi)阻增大、容量變小的現(xiàn)象，極端情況更會(huì)導(dǎo)致電解液凍結(jié)、電池?zé)o法放電等情況，電池系統(tǒng)低溫性能受到很大影響，造成電動(dòng)汽車動(dòng)力輸出性能衰減和續(xù)駛里程減少。在低溫工況下對(duì)新能源車輛進(jìn)行充電時(shí)，一般BMS先將電池加熱到適宜的溫度再進(jìn)行充電的操作。如果處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致瞬間的電壓過(guò)充，造成內(nèi)部短路，進(jìn)一步有可能會(huì)發(fā)生冒煙、起火甚至爆炸的情況。
在高溫下，如充電器控制失效,可能會(huì)引發(fā)電池內(nèi)部發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生大量的熱,若熱量來(lái)不及散失而在電池內(nèi)部迅速積聚,電池可能會(huì)出現(xiàn)漏液、放氣、冒煙等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)電池發(fā)生 劇烈燃燒且發(fā)生爆炸。
電池?zé)峁芾硐到y(tǒng) (Battery Thermal Management System, BTMS)是電池管理系統(tǒng)的主要功能，電池的熱管理主要包括冷卻、加熱以及溫度均衡等功能。冷卻和加熱功能，主要是針對(duì)外部環(huán)境溫度對(duì)電池可能造成的影響來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。溫度均衡則是用來(lái)減小電池組內(nèi)部的溫度差異，防止某一部分電池過(guò)熱造成的快速衰減。通過(guò)導(dǎo)熱介質(zhì)、測(cè)控單元以及溫控設(shè)備構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使動(dòng)力電池工作在合適的溫度范圍之內(nèi)，以維持其最佳的使用狀態(tài)，用以保證電池系統(tǒng)的性能和壽命。
電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)
熱管理系統(tǒng)的“V”模型開發(fā)模式
熱管理系統(tǒng)作為動(dòng)力電池系統(tǒng)的一個(gè)零部件，它的開發(fā)過(guò)程同樣遵循汽車行業(yè)V"模型開發(fā)模式，借助仿真工具以及通過(guò)大量的測(cè)試驗(yàn)證，只有這樣才能提升開發(fā)效率，節(jié)省開發(fā)陳本以及保障系統(tǒng)可靠性、安全性和使用壽命。
如下是熱管理系統(tǒng)開發(fā)的“V”模型，總體來(lái)看該模型由一橫一縱兩個(gè)軸組成：橫軸又由四條正向開發(fā)主線和一條逆向驗(yàn)證主線組成，并以正向開發(fā)為主，兼顧逆向的閉環(huán)驗(yàn)證；縱軸由零部件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)三個(gè)層級(jí)組成。
熱管理系統(tǒng)開發(fā)的“V”模型
電池的溫度直接影響了電池的安全性，因此電池的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究是電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的工作之一。必須嚴(yán)格按照電池的熱管理設(shè)計(jì)流程、電池的熱管理系統(tǒng)及零部件類型、熱管理系統(tǒng)的零部件選型及熱管理系統(tǒng)的性能評(píng)估等多個(gè)方面來(lái)進(jìn)行電池系統(tǒng)熱管理的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，才能保證電池的性能和安全性。
1熱管理系統(tǒng)要求，根據(jù)整車的使用環(huán)境、整車的運(yùn)行工況和電池單體的溫度窗口等設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行需求分析，以明確電池系統(tǒng)對(duì)熱管理系統(tǒng)的需求；系統(tǒng)要求，根據(jù)需求分析確定熱管理系統(tǒng)所具備的功能以及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目這些設(shè)計(jì)目標(biāo)主要包括對(duì)電池單體溫度、電池單體間溫差、系統(tǒng)能耗和成本的控制
2)熱管理系統(tǒng)框架，根據(jù)系統(tǒng)需求將系統(tǒng)拆分為冷卻子系統(tǒng)、加熱子系統(tǒng)、保溫子系統(tǒng)和熱失控阻隔( thermal runaway obstructin，TRo)子系統(tǒng)，并定義各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，同時(shí)進(jìn)行仿真分析以初步驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)確定每個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，然后對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)依次進(jìn)行方式選擇、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和仿真分析驗(yàn)證
4)零部件設(shè)計(jì)，首先根據(jù)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)確定零部件的設(shè)計(jì)目標(biāo)，然后進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和仿真分析
5)零部件制造與測(cè)試，進(jìn)行零部件的生產(chǎn)制造，并進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證
6)子系統(tǒng)集成與驗(yàn)證，進(jìn)行子系統(tǒng)的集成與測(cè)試驗(yàn)證；
7)系統(tǒng)集成與測(cè)試，進(jìn)行系統(tǒng)的集成與測(cè)試驗(yàn)證；
電池?zé)峁芾黹_發(fā)流程
如下是電池?zé)峁芾碓陂_發(fā)時(shí)的簡(jiǎn)單的一個(gè)流程，共7個(gè)步驟，包括熱管理設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、仿真模型驗(yàn)證，系統(tǒng)和整車測(cè)試驗(yàn)證。
l 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)主要要求如下：
1) 避免熱失控，有害氣體產(chǎn)生時(shí)的有效通風(fēng)
2) 高溫環(huán)境中有效散熱
3) 低溫環(huán)境中迅速加速或者保溫
4) 減小電池溫度差異，保證電池溫度均勻性
5) 電池溫度的準(zhǔn)確測(cè)量和監(jiān)控
l 動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)有兩個(gè)：
1) 電池包內(nèi)部維持在合理溫度范圍內(nèi)；
2) 不同電芯溫差盡可能小。
l 電池生熱率
在動(dòng)力電池的仿真過(guò)程，電芯不同工況的發(fā)熱量是仿真的必不可少的邊界條件。那么如何確定電芯在不同工況下的發(fā)熱量，目前行業(yè)內(nèi)主要通過(guò)如下3種方法：
1) ARC測(cè)試，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，具備測(cè)試條件。但測(cè)試準(zhǔn)確度對(duì)比熱容測(cè)試的結(jié)果準(zhǔn)確度依賴性很大，且標(biāo)準(zhǔn)塊的測(cè)試誤差達(dá)到5%。因絕熱環(huán)境電池溫升較大，測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)偏低。
2) Bernardi理論計(jì)算數(shù)據(jù)相對(duì)較準(zhǔn)確，已比較成熟，但需要實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)較多，包括工況數(shù)據(jù)，OCV數(shù)據(jù)，DE/DT數(shù)據(jù)，測(cè)試周期較長(zhǎng)。
I：電流值，充電為正，放電為負(fù)；
U：電池端電壓；
E：電池開路電壓；
dE/dT：熵值系數(shù)
3) RC模型計(jì)算，但若可以建立準(zhǔn)確的RC模型，就可以實(shí)現(xiàn)各種工況的產(chǎn)熱模擬，如下是二階等效電路模型：用內(nèi)阻表示歐姆極化，RC電路表征濃差極化和電化學(xué)極化的綜合效果。
l 冷卻方式選擇
熱管理系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)，在熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的冷卻方式，
l 冷卻結(jié)構(gòu)：
對(duì)與液冷系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，液冷板工作的原理是:電池工作產(chǎn)生的多余熱量,通過(guò)與板型鋁質(zhì)器件表面接觸的方式傳遞,液冷系統(tǒng)利用液體流動(dòng)換熱系數(shù)較大的特性,依靠液體流動(dòng)轉(zhuǎn)移高熱量,最終被器件內(nèi)部流道中通過(guò)的冷卻液帶走。那么它的尺寸設(shè)計(jì)、流量設(shè)計(jì)、冷卻面積設(shè)計(jì)這里就不在細(xì)說(shuō)。為了保證系統(tǒng)溫度一致性，冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用仿真工具和試驗(yàn)不斷的優(yōu)化，可以從下面幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：
a) 優(yōu)化集流管
b) 調(diào)整冷板的寬度
c) 調(diào)整冷板的內(nèi)部流通截面
d) 調(diào)整主管道的管徑
e) 調(diào)整支路管道的管徑
l 液冷工質(zhì)
l 作為液冷系統(tǒng)的工作介質(zhì)，對(duì)于動(dòng)力電池系統(tǒng)，它的液冷工質(zhì)是十分重要的，在選擇液冷工質(zhì)時(shí)，需要從傳熱能力、黏度、使用溫度范圍、電絕緣性、腐蝕性、可燃性、毒性和費(fèi)用等方面綜合考慮。
電池?zé)峁芾矸桨冈O(shè)計(jì)
電池包的熱管理方案，涉及到三個(gè)方面的措施：電池組的冷卻、電池組低溫預(yù)熱、電池組保溫。
l 電池組的冷卻設(shè)計(jì)
電池組冷卻的形式根據(jù)傳熱路徑主要有兩種，直接冷卻和間接冷卻。直接冷卻，是冷卻介質(zhì)直接從電芯表面流過(guò)，帶走多余熱量；間接冷卻，是冷卻介質(zhì)在管道和散熱器的流道中流過(guò)，散熱器與電芯接觸，將電芯熱量傳遞給冷卻介質(zhì)。
l 電池組的低溫預(yù)熱設(shè)計(jì)
池組低溫預(yù)熱，有兩種基本形式：內(nèi)部加熱和外部加熱。
內(nèi)部加熱：利用電池包外部的交流電源，給電池電解液加熱，直至達(dá)到電池包適用的溫度范圍為止。生熱的部件是電池自身，因此稱為內(nèi)部加熱。
外部加熱：利用外部電源，給電池以外的介質(zhì)加熱，介質(zhì)將熱量傳遞給電池，逐步提高電池溫度，直至電池適宜的溫度范圍。外部介質(zhì)包括空氣介質(zhì)和液體介質(zhì)，生熱的元件PTC和加熱膜等。
如下是電池低溫預(yù)熱加1c放電情況下的檢查點(diǎn)溫度和溫差變化，大家可參考理解電池系統(tǒng)在低溫下的溫度變化
l 電池組保溫設(shè)計(jì)
在低溫地區(qū)應(yīng)用的動(dòng)力電池包，箱體一般需要設(shè)計(jì)保溫措施，用來(lái)減緩預(yù)熱熱量的散失。防止行車途中短時(shí)停車時(shí)，電池再次降低到工作溫度以下。一般從模組的保溫和系統(tǒng)的保溫兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。保溫措施并不是每臺(tái)具備熱管理功能的車輛都設(shè)置的。車輛預(yù)熱，電池包進(jìn)入工作狀態(tài)以后，電池自身會(huì)產(chǎn)生大量的熱，如果不是極寒環(huán)境以及沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間停車的需要，則電池包運(yùn)行溫度可以依靠自身發(fā)熱維持。
如下圖是在下箱體內(nèi)腔，無(wú)結(jié)構(gòu)件安裝區(qū)域覆蓋保溫材料；外部底部噴涂3mm的PVC裝甲。
噴涂保溫材料
電池?zé)峁芾鞢FD仿真
鋰電池Pack設(shè)計(jì)中往往會(huì)借助熱流體仿真分析來(lái)輔助工程師完成pack熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，可對(duì)Pack、模組或電池進(jìn)行熱場(chǎng)仿真分析，電池?zé)峁芾矸抡媪鞒讨饕诋a(chǎn)品數(shù)模對(duì)其進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化（前處理），再對(duì)數(shù)模進(jìn)行離散處理（劃分網(wǎng)格），然后對(duì)系統(tǒng)施加一定的邊界條件和選取適合的計(jì)算模型后，交由仿真軟件進(jìn)行計(jì)算，最后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的處理，提取相關(guān)數(shù)據(jù)用于編寫分析報(bào)告（后處理）。
根據(jù)仿真數(shù)據(jù)快速地選擇出冷卻、加熱和保溫方式；在冷卻子系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，可以對(duì)Pack、模組或電池（帶冷卻子系統(tǒng)）進(jìn)行熱場(chǎng)和流場(chǎng)仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果確定冷卻通道設(shè)計(jì)、冷卻介質(zhì)、冷卻入口溫度和流量以及風(fēng)扇或泵的參數(shù)等。動(dòng)力電池?zé)峁芾矸抡孢^(guò)程中前處理技術(shù)幾何清理、網(wǎng)格劃分、仿真邊界和熱管理策略輸入、電池模塊是仿真的難點(diǎn)，特別對(duì)于電池模塊的電化學(xué)仿真，關(guān)于仿真這一塊，本篇就不再詳述，本人以前寫的文章有詳細(xì)描述<一套新能源汽車動(dòng)力電池?zé)峁芾頍岱抡婀ヂ?gt;。
以上是作者對(duì)熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的一些總結(jié)，供大家學(xué)下和參考，由于篇幅有限，有更多設(shè)計(jì)討論，歡迎大家交流學(xué)習(xí)。新能源動(dòng)力電池?zé)峁芾矸桨冈O(shè)計(jì)和熱流體仿真
動(dòng)力電池作為新能源汽車的主要?jiǎng)恿υ?#xff0c;其對(duì)新能源汽車的重要性不言而喻。在實(shí)際的車輛使用過(guò)程中，電池會(huì)的面臨的使用工況復(fù)雜多變。
在低溫下，鋰離子電池會(huì)出現(xiàn)內(nèi)阻增大、容量變小的現(xiàn)象，極端情況更會(huì)導(dǎo)致電解液凍結(jié)、電池?zé)o法放電等情況，電池系統(tǒng)低溫性能受到很大影響，造成電動(dòng)汽車動(dòng)力輸出性能衰減和續(xù)駛里程減少。在低溫工況下對(duì)新能源車輛進(jìn)行充電時(shí)，一般BMS先將電池加熱到適宜的溫度再進(jìn)行充電的操作。如果處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致瞬間的電壓過(guò)充，造成內(nèi)部短路，進(jìn)一步有可能會(huì)發(fā)生冒煙、起火甚至爆炸的情況。
在高溫下，如充電器控制失效,可能會(huì)引發(fā)電池內(nèi)部發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生大量的熱,若熱量來(lái)不及散失而在電池內(nèi)部迅速積聚,電池可能會(huì)出現(xiàn)漏液、放氣、冒煙等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)電池發(fā)生 劇烈燃燒且發(fā)生爆炸。
電池?zé)峁芾硐到y(tǒng) (Battery Thermal Management System, BTMS)是電池管理系統(tǒng)的主要功能，電池的熱管理主要包括冷卻、加熱以及溫度均衡等功能。冷卻和加熱功能，主要是針對(duì)外部環(huán)境溫度對(duì)電池可能造成的影響來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。溫度均衡則是用來(lái)減小電池組內(nèi)部的溫度差異，防止某一部分電池過(guò)熱造成的快速衰減。通過(guò)導(dǎo)熱介質(zhì)、測(cè)控單元以及溫控設(shè)備構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使動(dòng)力電池工作在合適的溫度范圍之內(nèi)，以維持其最佳的使用狀態(tài)，用以保證電池系統(tǒng)的性能和壽命。
電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)
熱管理系統(tǒng)的“V”模型開發(fā)模式
熱管理系統(tǒng)作為動(dòng)力電池系統(tǒng)的一個(gè)零部件，它的開發(fā)過(guò)程同樣遵循汽車行業(yè)V"模型開發(fā)模式，借助仿真工具以及通過(guò)大量的測(cè)試驗(yàn)證，只有這樣才能提升開發(fā)效率，節(jié)省開發(fā)陳本以及保障系統(tǒng)可靠性、安全性和使用壽命。
如下是熱管理系統(tǒng)開發(fā)的“V”模型，總體來(lái)看該模型由一橫一縱兩個(gè)軸組成：橫軸又由四條正向開發(fā)主線和一條逆向驗(yàn)證主線組成，并以正向開發(fā)為主，兼顧逆向的閉環(huán)驗(yàn)證；縱軸由零部件、子系統(tǒng)和系統(tǒng)三個(gè)層級(jí)組成。
熱管理系統(tǒng)開發(fā)的“V”模型
電池的溫度直接影響了電池的安全性，因此電池的熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究是電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的工作之一。必須嚴(yán)格按照電池的熱管理設(shè)計(jì)流程、電池的熱管理系統(tǒng)及零部件類型、熱管理系統(tǒng)的零部件選型及熱管理系統(tǒng)的性能評(píng)估等多個(gè)方面來(lái)進(jìn)行電池系統(tǒng)熱管理的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，才能保證電池的性能和安全性。
1熱管理系統(tǒng)要求，根據(jù)整車的使用環(huán)境、整車的運(yùn)行工況和電池單體的溫度窗口等設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行需求分析，以明確電池系統(tǒng)對(duì)熱管理系統(tǒng)的需求；系統(tǒng)要求，根據(jù)需求分析確定熱管理系統(tǒng)所具備的功能以及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目這些設(shè)計(jì)目標(biāo)主要包括對(duì)電池單體溫度、電池單體間溫差、系統(tǒng)能耗和成本的控制
2)熱管理系統(tǒng)框架，根據(jù)系統(tǒng)需求將系統(tǒng)拆分為冷卻子系統(tǒng)、加熱子系統(tǒng)、保溫子系統(tǒng)和熱失控阻隔( thermal runaway obstructin，TRo)子系統(tǒng)，并定義各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，同時(shí)進(jìn)行仿真分析以初步驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)確定每個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，然后對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)依次進(jìn)行方式選擇、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和仿真分析驗(yàn)證
4)零部件設(shè)計(jì)，首先根據(jù)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)確定零部件的設(shè)計(jì)目標(biāo)，然后進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和仿真分析
5)零部件制造與測(cè)試，進(jìn)行零部件的生產(chǎn)制造，并進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證
6)子系統(tǒng)集成與驗(yàn)證，進(jìn)行子系統(tǒng)的集成與測(cè)試驗(yàn)證；
7)系統(tǒng)集成與測(cè)試，進(jìn)行系統(tǒng)的集成與測(cè)試驗(yàn)證；
電池?zé)峁芾黹_發(fā)流程
如下是電池?zé)峁芾碓陂_發(fā)時(shí)的簡(jiǎn)單的一個(gè)流程，共7個(gè)步驟，包括熱管理設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、仿真模型驗(yàn)證，系統(tǒng)和整車測(cè)試驗(yàn)證。
l 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)主要要求如下：
1) 避免熱失控，有害氣體產(chǎn)生時(shí)的有效通風(fēng)
2) 高溫環(huán)境中有效散熱
3) 低溫環(huán)境中迅速加速或者保溫
4) 減小電池溫度差異，保證電池溫度均勻性
5) 電池溫度的準(zhǔn)確測(cè)量和監(jiān)控
l 動(dòng)力鋰電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)有兩個(gè)：
1) 電池包內(nèi)部維持在合理溫度范圍內(nèi)；
2) 不同電芯溫差盡可能小。
l 電池生熱率
在動(dòng)力電池的仿真過(guò)程，電芯不同工況的發(fā)熱量是仿真的必不可少的邊界條件。那么如何確定電芯在不同工況下的發(fā)熱量，目前行業(yè)內(nèi)主要通過(guò)如下3種方法：
1) ARC測(cè)試，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，具備測(cè)試條件。但測(cè)試準(zhǔn)確度對(duì)比熱容測(cè)試的結(jié)果準(zhǔn)確度依賴性很大，且標(biāo)準(zhǔn)塊的測(cè)試誤差達(dá)到5%。因絕熱環(huán)境電池溫升較大，測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)偏低。
2) Bernardi理論計(jì)算數(shù)據(jù)相對(duì)較準(zhǔn)確，已比較成熟，但需要實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)較多，包括工況數(shù)據(jù)，OCV數(shù)據(jù)，DE/DT數(shù)據(jù)，測(cè)試周期較長(zhǎng)。
I：電流值，充電為正，放電為負(fù)；
U：電池端電壓；
E：電池開路電壓；
dE/dT：熵值系數(shù)
3) RC模型計(jì)算，但若可以建立準(zhǔn)確的RC模型，就可以實(shí)現(xiàn)各種工況的產(chǎn)熱模擬，如下是二階等效電路模型：用內(nèi)阻表示歐姆極化，RC電路表征濃差極化和電化學(xué)極化的綜合效果。
l 冷卻方式選擇
熱管理系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)，在熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的冷卻方式，
l 冷卻結(jié)構(gòu)：
對(duì)與液冷系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，液冷板工作的原理是:電池工作產(chǎn)生的多余熱量,通過(guò)與板型鋁質(zhì)器件表面接觸的方式傳遞,液冷系統(tǒng)利用液體流動(dòng)換熱系數(shù)較大的特性,依靠液體流動(dòng)轉(zhuǎn)移高熱量,最終被器件內(nèi)部流道中通過(guò)的冷卻液帶走。那么它的尺寸設(shè)計(jì)、流量設(shè)計(jì)、冷卻面積設(shè)計(jì)這里就不在細(xì)說(shuō)。為了保證系統(tǒng)溫度一致性，冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用仿真工具和試驗(yàn)不斷的優(yōu)化，可以從下面幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：
a) 優(yōu)化集流管
b) 調(diào)整冷板的寬度
c) 調(diào)整冷板的內(nèi)部流通截面
d) 調(diào)整主管道的管徑
e) 調(diào)整支路管道的管徑
l 液冷工質(zhì)
l 作為液冷系統(tǒng)的工作介質(zhì)，對(duì)于動(dòng)力電池系統(tǒng)，它的液冷工質(zhì)是十分重要的，在選擇液冷工質(zhì)時(shí)，需要從傳熱能力、黏度、使用溫度范圍、電絕緣性、腐蝕性、可燃性、毒性和費(fèi)用等方面綜合考慮。
電池?zé)峁芾矸桨冈O(shè)計(jì)
電池包的熱管理方案，涉及到三個(gè)方面的措施：電池組的冷卻、電池組低溫預(yù)熱、電池組保溫。
l 電池組的冷卻設(shè)計(jì)
電池組冷卻的形式根據(jù)傳熱路徑主要有兩種，直接冷卻和間接冷卻。直接冷卻，是冷卻介質(zhì)直接從電芯表面流過(guò)，帶走多余熱量；間接冷卻，是冷卻介質(zhì)在管道和散熱器的流道中流過(guò)，散熱器與電芯接觸，將電芯熱量傳遞給冷卻介質(zhì)。
l 電池組的低溫預(yù)熱設(shè)計(jì)
池組低溫預(yù)熱，有兩種基本形式：內(nèi)部加熱和外部加熱。
內(nèi)部加熱：利用電池包外部的交流電源，給電池電解液加熱，直至達(dá)到電池包適用的溫度范圍為止。生熱的部件是電池自身，因此稱為內(nèi)部加熱。
外部加熱：利用外部電源，給電池以外的介質(zhì)加熱，介質(zhì)將熱量傳遞給電池，逐步提高電池溫度，直至電池適宜的溫度范圍。外部介質(zhì)包括空氣介質(zhì)和液體介質(zhì)，生熱的元件PTC和加熱膜等。
如下是電池低溫預(yù)熱加1c放電情況下的檢查點(diǎn)溫度和溫差變化，大家可參考理解電池系統(tǒng)在低溫下的溫度變化
l 電池組保溫設(shè)計(jì)
在低溫地區(qū)應(yīng)用的動(dòng)力電池包，箱體一般需要設(shè)計(jì)保溫措施，用來(lái)減緩預(yù)熱熱量的散失。防止行車途中短時(shí)停車時(shí)，電池再次降低到工作溫度以下。一般從模組的保溫和系統(tǒng)的保溫兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。保溫措施并不是每臺(tái)具備熱管理功能的車輛都設(shè)置的。車輛預(yù)熱，電池包進(jìn)入工作狀態(tài)以后，電池自身會(huì)產(chǎn)生大量的熱，如果不是極寒環(huán)境以及沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間停車的需要，則電池包運(yùn)行溫度可以依靠自身發(fā)熱維持。
如下圖是在下箱體內(nèi)腔，無(wú)結(jié)構(gòu)件安裝區(qū)域覆蓋保溫材料；外部底部噴涂3mm的PVC裝甲。
噴涂保溫材料
電池?zé)峁芾鞢FD仿真
鋰電池Pack設(shè)計(jì)中往往會(huì)借助熱流體仿真分析來(lái)輔助工程師完成pack熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，可對(duì)Pack、模組或電池進(jìn)行熱場(chǎng)仿真分析，電池?zé)峁芾矸抡媪鞒讨饕诋a(chǎn)品數(shù)模對(duì)其進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化（前處理），再對(duì)數(shù)模進(jìn)行離散處理（劃分網(wǎng)格），然后對(duì)系統(tǒng)施加一定的邊界條件和選取適合的計(jì)算模型后，交由仿真軟件進(jìn)行計(jì)算，最后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的處理，提取相關(guān)數(shù)據(jù)用于編寫分析報(bào)告（后處理）。
根據(jù)仿真數(shù)據(jù)快速地選擇出冷卻、加熱和保溫方式；在冷卻子系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，可以對(duì)Pack、模組或電池（帶冷卻子系統(tǒng)）進(jìn)行熱場(chǎng)和流場(chǎng)仿真分析，根據(jù)仿真結(jié)果確定冷卻通道設(shè)計(jì)、冷卻介質(zhì)、冷卻入口溫度和流量以及風(fēng)扇或泵的參數(shù)等。動(dòng)力電池?zé)峁芾矸抡孢^(guò)程中前處理技術(shù)幾何清理、網(wǎng)格劃分、仿真邊界和熱管理策略輸入、電池模塊是仿真的難點(diǎn)，特別對(duì)于電池模塊的電化學(xué)仿真，關(guān)于仿真這一塊，本篇就不再詳述，本人以前寫的文章有詳細(xì)描述<一套新能源汽車動(dòng)力電池?zé)峁芾頍岱抡婀ヂ?gt;。
以上是作者對(duì)熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程的一些總結(jié)，供大家學(xué)下和參考，由于篇幅有限，有更多設(shè)計(jì)討論，歡迎大家交流學(xué)習(xí)。
版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)告知作者。目前正在更新個(gè)人課程-新能源動(dòng)力電池?zé)峁芾矸桨冈O(shè)計(jì)課程課程，如有興趣加微信：LEVEL_RGL
1總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的工质热物理性质计算程序的编制及应用_新能源动力电池热管理方案设计和热流体仿真...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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