av女 电板热惩处仿真 | CTP能源电板包的热性情案例分析
液冷板结构对新能源汽车能源电板包的温度均匀性具有显贵的影响。针对传统“口琴管”液冷板存在均温性差、漏液风险高级不及，革新液冷板策画。通过流-热耦合仿真体式询查了革新的“凸包”、“纵向”和“横向”流谈的三种液冷板结构对 CTP 能源电板包低温加热及驱动历久冷却工况下传热性能的影响，拆伙标明，选拔“横向”流谈结构液冷板，在低温加热工况下，电板包最大温差较选拔“纵向”和“凸包”流谈结构液冷板分别低 7.8 和 4.4 ℃；在驱动历久冷 却工况下av女，电板包最大温差较选拔“纵向”和“凸包”流谈结构液冷板分别低 1.6 和 0.8 ℃。通过台架推行对选拔“横向” 流谈结构液冷板的电板包进行热工况考据，电板包最大温差在低温加热工况下不高于 7 ℃，在驱动历久冷却工况下不 高于 4 ℃。这标明“横向”流谈结构的液冷板具有精致的热惩处性能。
电板包是电动汽车的能源源。电板包性能会影响整车 续航里程和安全性。在低温环境下，电板包充放电性能将会 显贵下跌，导致续航里程减少。电板包热惩处系统具备主动 或被迫改善电板责任温度环境要求的功能，不错改善低温环 境下续航里程不及问题。询查革新能源电板包热惩处系 统，对股东新能源汽车发展具有弥留好奇瞻仰好奇瞻仰。
电板热惩处系统主要作用是高温下散热，低温下加热或 者减少散热。散热主要有四种冷却情势，包括空气当然冷 却、强制透风冷却、管谈液体冷却及相变材料冷却。其中管 谈液体冷却选拔流谈式液冷板，它有较高冷却效率和较低制 形资本的特质，为现时电板包选拔的主流散热情势。下文将 液体冷却简称为液冷，液体流谈式冷却板简称为液冷板。
电动汽车用电板包的液冷板，流谈大多选拔“口琴管”结 构。其存在两方面症结：其一是均温性较差，因为流谈标的 单一，液冷板与电板斗殴面积小，热阻较大，形成电芯里面温 差大，在大电流充放电及低温加热时，对电板性能挫伤作用 大；其二是这种流谈结构存在较高的漏液风险，因为口琴管 液冷板装配在电板包里面，无法作念到干湿环境终止，如果冷 却流谈密封出现问题，冷却液会线路，冷却液能形成模组电 路短路，会激发烧失控事故。装配在里面的液冷板会占用电 池包有用空间，减少用于电芯装配的空间，使电板包能量减 少，裁汰电动车续航里程。
针对“口琴管”结构液冷板存在的问题，革新 CTP(cell to Pack)能源电板包的液冷板流谈策画，斥地三种不同流谈结构的液冷板模子。通过流-热耦合仿真体式询查了革新的“凸 包”、“纵向”和“横向”流谈的三种液冷板结构对 CTP 能源电 池包低温加热及驱动历久冷却性能的影响和液冷板结构对 能源电板包低温加热性能的影响，然后进行台架推行，终末 连合仿真及推行拆伙详情了合理的冷却板结构参数。
1 液冷板冷却传热模子
液冷板冷却传热模子主要包括流谈流体流动限度方程 及电芯与环境温度的热交换两个部分。
1.1 流谈流体流动限度方程
任何流体流动时传质传热过程，均应相宜质料守恒定 律、动量守恒定律和能量守恒定律。液冷板流谈中流场控 制方程见式(1)~式(3)。
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1.2 电芯传热
电芯里面热量传递情势可分为热传导、热发射和热对流 等三种情势。通过热发射传导的热量与另外两种情势比拟， 在总传热量中占比很小。为简化传热模子，频频只筹商热传 导和热对流。电芯的产热过程谨守热量守恒方程：
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热传导是指电芯里面产生的热量依靠微不雅粒子热畅通 向电板壁面传递，该过程谨守傅里叶定律：
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热对流是指传导到电芯名义的热量通过环境中流体对 流作用来交换热量，它相宜牛顿冷却方程：
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由电芯生热机理可知，在电芯环境处于常温时，电芯能 实时将自己的热量开释出去。但在外界环境变化时，会导致 电芯性能转换，其自己生热雷同发生变化。
电芯熵热悉数对高倍率充放电影响不是很大，只会影响 电芯传热过程的温度变化，不错忽略，这为简化热模子提供了要求。
2 热仿真模子
2.1 几何模子
频频，热仿真模子是斥地在几何模子基础上，然后将模 型移至热仿真软件中，加载赋值热传导模式及参数，进行热 仿真磋商和分析。
液冷板由上盖平板和具有流谈结构的下盖板等两部分 构成，其流谈密闭耐压推行需得志 2.0×105 Pa 以上压力要求。假定流谈截面是矩形，流谈过宽，其耐受压力值变小，与电芯 斗殴的上盖平板的散热贴合面将发生饱读胀，这会影响传热效 果和结构安全。依据策画教训，液冷板流谈宽度不宜跨越 20 mm，骨子利用时还会留有耐压冗余；流谈高度跨越 4 mm，液 冷板的上盖板过薄，这会影响流谈的爆破压力，挫伤液冷板 安全及可靠性。
电板包液冷板多为铝板，流谈有“凸包”、“纵向”和“横 向”等三种不同结构情势。这三种结构液冷板见图 1~图 3。三种流谈结构，其流谈均缔造为宽 20 mm，高 4 mm，高下盖板 厚度 1.0 mm。进行三维建模及热仿真分析。图 4 为 CTP 动 力电板包暗示图。
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2.2 网格永诀
在 CFD 分析软件(STAR-CCM )中进行网格永诀，面网格 永诀应保证拓扑几何不失真，数目为 1 063 万个。在体网格 永诀中，冷却液选拔多面体加棱形规模层网格，其他部件采 用多面体网格，数目为 813 万个。冷却液规模层为 2 层，第一 层厚度 0.05 mm，总厚度 0.2 mm。
2.3 模子参数与规模要求
电板包必须通过低温加热及驱动历久推行，这是整车应 用时比较尖刻的工况，大要确实呈现出液冷板热惩处效力及 极限智商。电板包进行仿真时模拟了这两种工况。电板包为CTP(cell to pack)结构，共有 116只单体电板串联构成。表 1为 仿真时电板包的基本数据。表 2 和表 3 为仿真时开动规模条 件。图5为电芯厂提供的驱动历久工况下电板发烧量数据。
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表 4 为电板包内各部件热物性参数及规模要求，电板包 内为当然对流散热，各名义对流换热悉数频频按 5 W/(m2 ·K) 缔造，规模换热温度按环境温度缔造。
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3 仿真拆伙与分析
3.1 低温加热工况
3.1.1 “凸包”液冷板热仿真
图 6 为“凸包”液冷板、电板包的温度场分散情况。由图 6(a)可知，此时电板包最高温度为 18.6 ℃，出目下 M1 区，M1 区是模组进水端；最低温度为 5 ℃，出目下 M4 区，M4 区是模组出水端。电板包四个分区最大温差为 13.6 ℃。
由图 6(b)可知，液冷板最高温度为 40 ℃，出目下进水口 处，最低温度为 22 ℃，位于出水口处。冷却液温度跟着液冷 板内流动旅途的增长而冉冉训斥，其最大温差为 18 ℃。
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3.1.2 “纵向”液冷板热仿真
图 7 为“纵向”液冷板及电板包温度场分散情况。由图 7 (a)可知，电板包最高温度为 22 ℃，与最低温度 5 ℃比拟，温差 为 17 ℃。
由图 7(b)可知，液冷板的最高温度为 40 ℃，最低温度为 21.2 ℃，分别出目下进水口处和出水口处，温差 18.8 ℃。
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3.1.3 “横向”液冷板热仿真
图 8 为“横向”液冷板及电板包温度场分散情况。由图 8 (a)可知，电板包最高温度 14.2 ℃，与最低温度 5 ℃之间出入 9.2 ℃。
由图 8(b)可知，液冷板最高温度为 40 ℃，最低温度为 28 ℃，分别出目下进水口处和出水口处，温差12 ℃。
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3.2 驱动历久工况
3.2.1 “凸包”液冷板热仿真
图 9 为“凸包”液冷板及电板包温度场分散情况。由图 9 (a)可知，电板包最低温度 34.3 ℃出目下 M1 区，M1 是模组进水端；最高温度 36.6 ℃出目下 M4 区，M4 是模组出水端。电 池包温差为 2.3 ℃。
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由图 9(b)可知，液冷板最低温度为 25.0 ℃，出目下进水口 处；最高温度为 30.3 ℃，出目下出水口处。跟着液冷板内流 动旅途的增长，冷却液温度冉冉升高，温差为 5.3 ℃。
3.2.2 “纵向”液冷板热仿真
图 10 为“纵向”液冷板及电板包温度场分散情况。由图 10(a)可知，此时电板包最低温度 34.1 ℃，与最高温度 37.2 ℃ 之间出入 3.1 ℃。
由图 10(b)可知，液冷板最低温度为 25 ℃，最高温度为 31.5 ℃，分别出目下进水口处和出水口处，温差 6.5 ℃。
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3.2.3 “横向”液冷板热仿真
图 11 为“横向”液冷板及电板包温度场分散情况。由图 11(a)可知，电板包最低温度为 34.6 ℃，与最高温度 36.1 ℃相 差 1.5 ℃。
由图 11(b)可知，液冷板最低温度为 25 ℃，最高温度为 29 ℃，分别出目下进水口处和出水口处。跟着流动旅途的增 长，冷却液温度握住升高，温差 4.0 ℃。
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3.3 热仿真拆伙分析
低温加热工况下，三种流谈结构的液冷板及电板包热仿 真数据对比见图 12。三种液冷板所需加热时辰和换热数据 见表 5。选拔“横向”液冷板的电板包最高温度为 14.2 ℃，最 大温差为 9.2 ℃。液冷板最低温度为 28 ℃，最大温差为 12.0 ℃。液冷板平均换热功率为 6.75 kW，加热时辰 63.7min。与选拔“凸包”、“纵向”液冷板的电板包比，加热时辰 短，换热恶果好。
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驱动历久工况下，三种流谈结构的液冷板及电板包热仿 真数据对比见图 13。三种液冷板所需责任时辰和换热数据 见表6。
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选拔“横向”液冷板的电板包最高温度为 36.1 ℃，最大温 差为 1.5 ℃。液冷板平均换热功率为 1.49 kW，与选拔“凸 包”、“纵向”液冷板的电板包比，换热功率最高，换热恶果好。三种结构液冷板流体均匀性、历程、冷却工质温差等参数见 表 7。
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通过对选拔不同流谈结构液冷板的电板包各工况下温 度场数据的比较分析，发现影响电板包换热恶果的主要身分 有两个：
其一是流谈历程吊问，这个“历程”专指电芯底部换热区 底下液冷板的流谈内，流体流入该区域的来源至流出该区域 的至极的距离。历程越长，流谈内冷却工质温度变化越快， 换热效率越好。
其二是流谈流体均匀性，流体越均匀，换热恶果越好。“横向”流谈选拔 Y 向进液情势，转机电板包各模块下液冷板 流谈流体均匀性，有用提升了电板包合座换热效率。
图 14 为选拔的电板包温度场分散。从图可看出，选拔 “横向”液冷板电板包的电芯之间温差比其他两种小，温度均 匀，诠释其热惩处恶果好。
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综上，横向流谈液冷板结构热惩处性能相对其他两种方 案较为优胜，是一种较为理思的液冷板结构。
巨臀av4 推行考据
4.1 低温加热台架推行
对“横向”流谈液冷板进行低温加热台架推行，推行要求与仿真工况疏导，流谈内流体流量 10 L/min。电板包被加热 到轨则温度 5 ℃时，用时 3 420 s。电板包最高温度为 10 ℃， 最大温差为 7 ℃。低温加热台架推行拆伙见表 8。
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推行过程中，电板包温差变化安逸，未跨越 7 ℃。这诠释 选拔“横向”流谈液冷板的电板包热惩处恶果精致。低温加 热工况电板包温度变化弧线见图 15。
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4.2 驱动历久工况台架推行
对“横向”流谈液冷板进行驱动历久台架推行，推行要求 与仿真工况疏导。电板包开动电量为 100%，对电板包以规 定轨制放电。推行完了电板包电量为 1.1%。电板包驱动耐 久台架推行拆伙见表 9。当驱动历久推行完了时，电板包温 度为 36.1 ℃。推行中电板包最高温度 45 ℃，推行过程中最 大温差为 4.0 ℃。
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电板包驱动历久推行温度及温差变化弧线见图 16。推行 过程中，温差简直莫得变化，诠释散热过程褂讪，散热恶果较好。
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4.3 热仿真与台架推行数据比较
热仿真与推行数值对比见表 10，低温加热工况，电板包 最高温度推行值比热仿真值低 4.2 ℃；电板包最大温差推行 值比热仿真值低 2.2 ℃。驱动历久冷却工况，电板包最高温 度，推行值与热仿真值一致；电板包最大温差推行值比热仿 真值高 2.5 ℃。
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推行值与热仿真值之间存在远隔主淌若由以下几个方 面身分引起的。领先，电板包结构复杂，仿真过程中对电板 包结构和被迫散热环境作念了简化；其次，推行过程中使用温 箱模拟电板包在整车上使用时的温度环境，这与骨子存在一 定远隔。
电板包低温加热工况与驱动历久冷却工况的最大温差 推行值与仿真值基本一致，差值小于 3 ℃，数据诠释热仿确凿 有用和确实的。
5 论断
针对 CTP 能源电板包传统“口琴管”液冷板存在的问题 与残障，作念了液冷板流谈的策画革新。连合革新的“凸包”、 “纵向”和“横向”流谈液冷板结构，斥地三维流-热耦合电板包 仿真模子。通过仿真得回电板包两种工况下有关特征温度。用台架推行对仿真优化后的“横向”液冷板电板包散热有用 性进行了考据。
在流谈宽度、流谈高度及盖板厚度疏导要求下，选拔“横 向”液冷板电板包，与选拔“纵向”及“凸包”液冷板的电板包相 比，其低温加热及驱动历久冷却工况下的散热恶果更好些。
选拔“横向”液冷板，与选拔“纵向”和“凸包”液冷板相 比，在低温加热工况，电板包最大温差低，分别低了 7.8 和 4.4 ℃；所需加热时辰也少了，分别少用 16.9 和 8.7 min。在驱 动历久冷却工况，将选拔三种液冷板电板包最大温差比拟较 后，发现“横向”比“纵向”和“凸包”分别低 1.6 和 0.8 ℃。
依据热仿真优化拆伙，加工研制了“横向”液冷板，“横 向”液冷板装在 CTP 电板包上进行台架推行。推行中电板包 最大温差低温加热工况下为 7 ℃av女，驱动历久冷却工况下为 4 ℃。数据诠释“横向”液冷板传热性能优异，电板包热惩处 恶果精致，革新策画是合理有用的。
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