用 Icepak 软件分析并验证某纯电动轿车 电池组热治理系统

企业团队 / 2021-09-14 15:48

本文摘要:高度有效的热治理系统能够有效控制电池组的事情温度规模,对于保证电池组的电性能、均一性和宁静性具有重要作用,因此是新能源汽车生长的重要技术环节。选择某纯电动轿车用电池组的热治理系统为工具,使用Icepak软件对其举行了盘算流体动力学(CFD)仿真分析。 仿真分析与实测数据的对比效果讲明,Icepak 能够有效模拟电池组的温度场及流场,可以作为一种温度试验仿真技术用于电池组的热治理设计与优化。汽车的生长不仅推动了现代社会的进步,而且促进了地域之间的交流,但同时也带来了情况污染及能源消耗问题。

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高度有效的热治理系统能够有效控制电池组的事情温度规模,对于保证电池组的电性能、均一性和宁静性具有重要作用,因此是新能源汽车生长的重要技术环节。选择某纯电动轿车用电池组的热治理系统为工具,使用Icepak软件对其举行了盘算流体动力学(CFD)仿真分析。

仿真分析与实测数据的对比效果讲明,Icepak 能够有效模拟电池组的温度场及流场,可以作为一种温度试验仿真技术用于电池组的热治理设计与优化。汽车的生长不仅推动了现代社会的进步,而且促进了地域之间的交流,但同时也带来了情况污染及能源消耗问题。以电动汽车为代表的新能源汽车将是解决汽车工业可连续生长问题的重要途径之一。动力电池作为电动汽车的关键零部件,直接影响着电动汽车工业化的历程。

因此,针对动力电池的热治理系统研究是十分须要与迫切的。设计性能良好的电池组热治理系统,要接纳系统化的设计方法。

许多研究文献都先容了各自设计的热治理方法,因此,在储能系统电池组应用中,还需要对电池举行热治理设计。但真实的电池组热情况是极其庞大的,依靠传统理论的手动盘算或履历预计,已经无法满足对产物研发的需求,因此需要借助成熟的CFD技术来完善对电池组热特性的准确评估与分析,合理优化改善电池组内部热情况,提高其可靠性。Icepak热分析软件可以解决种种差别尺度级别热模型,或者几何尺寸细长比比力小的热模型散热问题,同时提供了电池包热仿真需要的风扇风机模型(可输入P-Q曲线)、导流板模型、快速提取风管模型、电池包壳单元模型,因此Icepak可以快速建设电池包几何建模、同时具有富厚的网格类型、网格质量评价工具,其盘算求解精度高且稳定,并具有富厚的后处置惩罚功效。

1、电动汽车热治理系统的须要性电动汽车电池组温度不均会导致锂电池容量漫衍不均,缩短整体电池组使用寿命,降低整车性能。通过设计高效的热治理系统不仅能够使电动车电池组事情处于合理的温度的事情区间,而且可以清除由于热失控而发生的一系列潜在的危险。当电池组的事情温度凌驾合适温度需要对电池举行散热,保证电池组温度场漫衍匀称;当情况温渡过低时需要对电池组举行快速加热,使电池组能够正常事情。2、电池组热治理仿真分析① 热治理系统分析电池热治理系统主要包罗高温冷却和低温加热功效。

热治理高温冷却方式主要有空气冷却、液体冷却、相变质料冷却、热管冷却;热治理低温加热方式主要有电池内部加热法和电池外部加热法。某纯电动轿车热治理系统高温冷却方式接纳空气冷却,部署在整车后座椅下方的后座椅电池组前端设计通风口且与乘员舱相通,前后电池组中间安装两个金属风管,使用后备厢尾部抽风机总成抽取乘员舱内的空调风对电池组举行冷却。在情况温渡过低情况下,前电池组内部设置有加热器,使用加热器上部设置的风扇以及后备厢风机对加热器举行强迫对流来到达加热的目的。

② 电池系统模型建设某电动车电池组使用Icepak软件举行自建模及庞大模型导入两种方式建设电池组模型,其中主要部件包罗电池组外壳、电池单体、电池模组、加热器、轴流风扇、离心风机等。为了保证分析效果精度,需要思量模组内单体电池之间的间隙,建设模型如图1 和图2 所示。③ 界限条件的设定电池组热治理仿真分析工况主要包罗高温冷却及低温加热的仿真模拟。动力电池组接纳 1C 放电倍率(如果电池总成容量50Ah,那么在充满电的情况下,1C指50A电流1h放电竣事;2C指100A电流2h放电竣事),外壳质料为SPCC;电池单体功率为0.08 W ,质料为不锈钢;电池组内部模组牢固板的质料为ABS板;加热器质料为铝,功率为800 W ,凭据所选的风扇类型输入相应P-Q曲线。

电池组高温冷却情况温度为 40 ℃,前电池组进风口位置温度为 19 ℃,接纳1C放电。低温加热情况温度为 -10 ℃,使用前电池组的加热器对电池组举行加热,使用外接电源通过DC/DC启动加热器事情,在此历程电池组处于不放电状态。

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④ 网格划分凭据建设的动力电池组几何模型,使用六面体网格、多级网格、局部加密网格,划分出高质量的网格,划分的网格如图3和图4所示。3、仿真效果分析① 电池组高温冷却稳态分析使用电池组稳态分析效果可以发现电池组的温度漫衍趋势,对电池组成组设计及革新起到重要作用。由图5 中的电池组内部迹线漫衍可以看出,前电池组中间位置泛起流体区域漫衍不均,后电池右侧区域泛起流体漫衍不均。从图6、图7、图8所示电池组高温冷却温度漫衍可以发现,迹线分析是合理的,电池组在流体区域不匀称区域的温度较其它区域高。

② 电池组高温冷却瞬态分析电池组稳态分析可以发现电池组温度漫衍趋势。电动车电池组容量有限,故对电池组举行瞬态分析与实际情况靠近并能够使用试验验证仿真分析的合理性。

电池组高温冷却瞬态分析效果如图 9 和图10 所示。通过对电池组举行瞬态分析,电池组在1C放电1h最大温差为7.1 ℃,最高温度为37.2 ℃,满足热治理高温冷却要求。

③ 电池组低温加热稳态分析在情况温度较低情况下对电池举行充电不仅给电池带来损害而且还会带来宁静隐患,因而在对电池举行充电之前需要将电池组的最低温度加热到合理事情温度区域。从图 11 ~14 分析效果可知,电池组在使用加热器对电池组举行加热到达稳态时最高温度为14 ℃,最大温差为 9.7 ℃,由于后电池组左右差池称导致局部温度较高。④ 电池组低温加热瞬态分析效果使用加热器对电池组举行加热,瞬态分析效果如图15和图16所示。

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通过对电池组举行瞬态分析,电池组在1C放电1h最大温差为12.2℃,且最高温度为 6.3 ℃,满足热治理低温加热要求。4、试验验证将整车放置于情况仓内,并将情况温度设置为电池组仿真时极限温度。高温冷却时保持1C放电,并开启空调;低温加热时将整车连上电源。

通过对整车电池组内部温度传感器举行监控获得热治理试验数据,见表1~4。通过对表 1 和表2 的数据举行分析可以得出,情况温度为40 ℃,1C 放电电池组最高温度为34 ℃,温差为3℃,与仿真数据最高相差1.7℃,差距较小。通过对表3和表4的数据举行分析可以得出,情况温度为-10 ℃,整车电池组处于不放电状态,加热1 h,电池组最高温度为 5 ℃,温差为 8 ℃,试验数据与仿真数据最大误差为 5 ℃,思量低温加热时加热器的辐射角度系数的不确定性,导致仿真效果与试验效果误差比高温冷却时的大。

5、结论1、设计电池组热治理系统应接纳系统化的设计方法,性能优良的热治理系统一般应是多次仿真优化革新的结果。2、空气冷却方式仍然是现在主要接纳的方法,实现方式简朴,但冷却的效果不佳。

3、某纯电动轿车电池组热治理系统设计算为合理、成本低,满足用户使用需求。4、电池热模型研究是电池热治理设计历程中重要组成部门,直接影响到热治理系统仿真效果。

5、使用Icepak软件举行热治理仿真分析,能够反映电池组温度漫衍趋势,且分析效果与试验数据差距较小,说明Icepak应用于新能源电动车电池组仿真分析是可行的。6、使用Icepak软件仿真效果对温度传感器部署的数目及位置起到指导作用。作者:王永康,仿真秀科普作者。声明:原创文章,版权所有,克制私自转载,接待分享,转载请联系我。


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