一套新能源汽车动力电池热管理热仿真攻略
作者：LEVEL，仿真秀专栏作者
一、导读
本案列电池系统采用液冷热管理方式的，如图1和图2所示是电池PACK系统前处理模型，主要包括：上下箱体，液冷板，导热垫、隔热护板、绝缘板、模组等结构，由4个模组成，每个模组由18个50Ah方形电芯组成。
液冷系统采用两进两出的并联方式，箱体采用集成液冷系统设计，通过型材水冷板总成和框架总成通过FDS工艺和涂胶工艺进行固定和密封，该系统优势在于液冷系统的结构组件借用了箱体的结构组件使得电池系统更轻。
利用ANSYS-SCDM软件对电池包PACK建模前处理，以STAR-CCM+软件作为液冷系统流场仿真和PACK热场仿真的工具，建立热流场仿真分析模型，最终实现了对动力电池在低温停车加热工况，常温行车、高温行车等工况PACK内部电池温度变化情况仿真，同时实现了对液冷系统内部压降和流量均匀性仿真，对冷板结构设计提出合理依据。
图1 PACK系统简化数模
图2 PACK系统简化数模爆炸图
二、模型简化
通过分析数模的结构组成及各部件的作用以评估各部分对热系统的影响，进而决定对部件的保留、简化、还是舍弃。模型简化的原则，在尽可能仿真精度的情况下，通过简化减少网格的数量同时提高网格质量，提高计算效率。如图3和图4分别是动力电池模组简化前后得模型。
图3 简化前模组
图4 简化后模组
对于流场仿真：在处理几何模型时，应保留所有管道的内径和液冷板内流道尺寸不变，对管路弯曲、管道变径、局部弯头等细节特征保留，水管要做到不扭曲，弯角过度平滑，同时保证简化后接头装配良好，对管路、接头、冷板的外部可进行适度的简化以减少网格量。
对于热仿真：模型中的线束、挂耳、螺丝螺套、铜排、bms管理部件等对热管理系统影响较小，可舍弃；对于热管理系统影响较大的零件几何特征可以适当简化，如倒角结构、结构对齐等。简化完成后，检查整个模型是否有干涉和其他问题，如有问题，可用ANSYS-SCDM软件对其进行修复，如无问题，可利用SCDM对模型进行流体域的抽取。
三、热管理设计
为了使动力电池保持在合理的温度范围内工作，电池包必须拥有科学和高效的热管理系统。主要如下几项主要功能：
1、电池温度的准确测量和监控；
2、电池组温度过高时的有效散热和通风；
3、低温条件下的快速加热，使电池组能够正常工作；
4、保证电池组温度场的均匀分布。
电池热管理系统设计的主要目标是：在考虑空间布置、设计成本、轻量化等条件下，通过加热或冷却控制，保证电池系统工作在相对适宜的工作温度，同时减小单体间温度，保证一致性。热管理系统设计结构图如下：
图5 热管理系统设计结构图
五、 仿真分析
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