導(dǎo)讀：本文為新能源電池?zé)峁芾?a target="_blank">仿真案例介紹，筆者根據(jù)項目經(jīng)驗從電池?zé)峁芾黹_發(fā)流程、分析工況、電池產(chǎn)熱計算、熱管理CFD分析五個方面進(jìn)行闡述，列出部分典型分析工況（靜態(tài)和動態(tài)），介紹電池產(chǎn)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(jié)果。 最后，如何能夠掌握電池?zé)峁芾碓O(shè)計及其仿真分析的能力，筆者根據(jù)自身經(jīng)驗給出幾點建議，希望能夠幫助到從事相關(guān)科研和工作的朋友們。

一、 電池?zé)峁芾黹_發(fā)流程電池?zé)峁芾黹_發(fā)貫穿于電池包系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)全周期，包含電池溫度控制、冷板、管路系統(tǒng)等設(shè)計，而電池?zé)峁芾矸抡孀鳛檎麄€熱管理開發(fā)中最為有效的方法，對產(chǎn)品設(shè)計、方案評估和優(yōu)化設(shè)計起到?jīng)Q定性作用，有效縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。

不管是來自整車廠、電池PACK廠還是供應(yīng)商的工程師，需要了解各子零部件開發(fā)與電池包、整車開發(fā)流程的關(guān)系，根據(jù)整車一級開發(fā)計劃不斷細(xì)化到各子零部件開發(fā)計劃。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的開發(fā)流程應(yīng)與電池包開發(fā)流程保持一致。熱管理系統(tǒng)的設(shè)計貫穿于整個電池包的設(shè)計過程中，在整車開發(fā)經(jīng)過A樣件、B樣件、C樣件以及產(chǎn)品4個階段，電池?zé)峁芾韰⑴c每個階段的設(shè)計、更改、試制以及驗證。

電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計的主要目標(biāo)是：在考慮空間布置、設(shè)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(tǒng)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(shè)計性能良好的電池組熱管理系統(tǒng)，要采用系統(tǒng)化的設(shè)計方法。電池組熱管理系統(tǒng)設(shè)計的過程包括如下步驟：

電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計流程進(jìn)一步細(xì)化，分別具體到每一項工作任務(wù)，細(xì)化工作如下：

（1）確定熱管理系統(tǒng)的目標(biāo)及要求：分解整車目標(biāo)，細(xì)化熱管理系統(tǒng)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(huán)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(xué)反應(yīng)，所以它的發(fā)熱實際上是非常復(fù)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(zhǔn)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(shù)。這個公式計算發(fā)熱非常準(zhǔn)確，而無論是單電芯還是整車工況下，都可以用它來計算發(fā)熱功率的；實際過程中通過試驗和等效電路仿真需要進(jìn)行標(biāo)定計算。
（3）熱管理系統(tǒng)首輪評估：選定傳熱介質(zhì)；設(shè)計散熱結(jié)構(gòu)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(shè)計散熱結(jié)構(gòu)。
（4）預(yù)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(fā)熱功率；不同工況下電池?zé)峁芾鞢FD分析；
（5）細(xì)化熱管理系統(tǒng)：熱管理控制策略制定；冷板及流道結(jié)構(gòu)設(shè)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(tǒng)設(shè)計過程中，對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行流場分析，得到在不同流量下冷卻系統(tǒng)的流阻特性、流量分配等信息，用以初步評估冷卻系統(tǒng)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(tài)下工作進(jìn)行仿真模擬，評估冷卻系統(tǒng)性能，以及電池最高溫、溫差等指標(biāo)。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(huán)境條件下，電池的充電特性以及溫度、溫差等熱管理指標(biāo)。
（6）熱管理系統(tǒng)試驗驗證-DV測試：水冷系統(tǒng)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(tǒng)優(yōu)化：散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化；熱管理控制策略優(yōu)化；
（8）熱管理系統(tǒng)產(chǎn)品試制：PV樣件試制（不同開發(fā)階段）；
（9）熱管理系統(tǒng)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(xí)慣、實時路況、環(huán)境氣候等是形成各個工況的因素，電池的工作狀態(tài)是由汽車工況所決定的，準(zhǔn)確地理解整車工況以及自身工作特性有助于進(jìn)行電池CFD分析，而電池CFD分析有助于準(zhǔn)確評估電池包在各個工作狀態(tài)下是否滿足溫度、溫差特性，對應(yīng)地制定熱管理控制策略。

三、產(chǎn)熱計算電芯性能研究是電池系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)中非常關(guān)鍵的部分。電芯產(chǎn)熱計算是電池?zé)峁芾碓O(shè)計非常重要的環(huán)節(jié)，整個過程涉及很多方面的工作，比如電芯性能、測試、模型標(biāo)定，數(shù)據(jù)分析、仿真等，電芯產(chǎn)熱評估直接決定是否能夠有效地預(yù)測各工況下電池?zé)嵝袨椤?/p>

四、熱管理CFD分析在電動汽車電池?zé)峁芾矸桨搁_發(fā)過程中，對熱管理方案進(jìn)行CFD仿真分析，用于評估電池?zé)峁芾矸桨缚尚行?，并指?dǎo)熱管理系統(tǒng)方案設(shè)計和優(yōu)化，同時可對熱管理熱略標(biāo)定和優(yōu)化提供參考。下面將對建模方法（基于STARCCM+）和分析內(nèi)容進(jìn)行論述。

五、總結(jié)如何能夠掌握電池?zé)峁芾碓O(shè)計及其仿真分析的能力，談?wù)剛€人幾點建議：1、軟件篇：精通一款CFD仿真軟件（目前汽車行業(yè)以STARCCM+和Fluent為主），能夠正確地運用軟件實現(xiàn)電池?zé)峁芾矸抡娣治觯浖僮鞣矫婺軌蛴行ПＵ戏抡娣治鼍_，評估并優(yōu)化熱管理系統(tǒng)設(shè)計。2、專業(yè)篇：了解新能源領(lǐng)域有關(guān)知識，比如電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計、BMS、測試、整車系統(tǒng)等，掌握電池?zé)峁芾硐嚓P(guān)知識，比如電芯產(chǎn)熱計算、液冷系統(tǒng)設(shè)計、工況分析等，有效的預(yù)測各工況下電池包的工作特性和熱行為，為電池包系統(tǒng)設(shè)計提供有力保障。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：我的新能源動力電池PACK熱管理仿真案例（附視頻直播）

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