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1、電池冷卻的技術(shù)簡(jiǎn)介

電池冷卻技術(shù)分類如下圖所示，通常會(huì)根據(jù)以下幾點(diǎn)來(lái)選擇合適的技術(shù)方案：

1）價(jià)格；2）重量；3）制冷循環(huán)；4）系統(tǒng)性能指標(biāo)；5）生產(chǎn)過(guò)程。本文專注浸入式的電池冷卻方案仿真分析。

對(duì)于浸入式的電池冷卻，冷卻液有兩種：油和制冷劑。下面列出了一些正確選擇液體的標(biāo)準(zhǔn)：

浸入式冷卻技術(shù)常用于電動(dòng)車、混動(dòng)車、燃料電池車三類市場(chǎng)，e-Mersiv列舉了三種不同的電池產(chǎn)品：

2、儲(chǔ)能電池（LTO）冷卻仿真

本次案例設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)針對(duì)的是儲(chǔ)能電池，該電池為鈦酸鋰電池（LTO）。運(yùn)行的汽車為工業(yè)用燃料電池汽車，其應(yīng)用工況的特點(diǎn)為：7*24h運(yùn)轉(zhuǎn)；裝備一個(gè)小型燃料電池，功率峰值為燃料電池功率的10倍，峰值電流10C，6C rms，如下圖所示。這個(gè)運(yùn)行場(chǎng)景對(duì)燃料電池-儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的壽命周期和熱性能都有嚴(yán)格的要求。

儲(chǔ)能電池的具體參數(shù)為：

設(shè)計(jì)了4種儲(chǔ)能電池的冷卻方案，如下圖所示，分別為：

#0方案：無(wú)冷卻

#1方案：底部水冷板

#2方案：2x側(cè)邊水冷板

#3方案：全浸沒(méi)冷卻

單電芯的結(jié)構(gòu)切面圖，建模時(shí)需要考慮的部件傳熱參數(shù)，如下圖所示。

通過(guò)GT-GEM3D，對(duì)電芯和冷卻水板進(jìn)行建模，所有的換熱部件均為幾何模型直接導(dǎo)入GEM3D種，然后離散為ThermalMass，熱路的邏輯如下圖所示。

冷卻系統(tǒng)的換熱部件，最終在GT-GEM3D的自動(dòng)建模結(jié)果如下所示。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本項(xiàng)目只用了一個(gè)電芯模型來(lái)進(jìn)行分析。同時(shí)簡(jiǎn)化了電芯的對(duì)外換熱過(guò)程，僅使用了一個(gè)固定的換熱系數(shù)。此外，沒(méi)有考慮busbar的連接。

上述過(guò)程通過(guò)GME3D自動(dòng)建立電芯的熱回路，而電芯本體性能模型則是在GT-suite-mp中建立，由于本項(xiàng)目的關(guān)注點(diǎn)在于冷卻方案的分析，因此電芯采用等效電路模型，而沒(méi)有使用電化學(xué)模型。下圖中，左側(cè)為在GT-suite-mp中建立的電芯電路模型，用于計(jì)算給定電流工況下的電芯發(fā)熱量（計(jì)算得到的發(fā)熱量如中間曲線圖所示），將熱量傳遞給電芯熱模型計(jì)算熱分布和各個(gè)部件的溫度，然后再將溫度傳回給電路模型，影響電池的工作性能。

通過(guò)GT-GEM3D可以建立三維模型，分析溫度場(chǎng)分布。GEM3D中的網(wǎng)格要比CFD大得多，對(duì)于結(jié)構(gòu)件的換熱，完全能夠滿足計(jì)算精度需求，對(duì)于流動(dòng)換熱，由于GT也是在求解NS方程，因此精度上不會(huì)與CFD結(jié)果有很大誤差（這點(diǎn)可以在我們以前的推文中找到對(duì)比驗(yàn)證的結(jié)果），因此綜合下來(lái)，使用GEM3D這種三維仿真的方式，能夠在保證溫度精度的情況下，更快的獲得計(jì)算結(jié)果，適用于電芯的穩(wěn)態(tài)分析，尤其是適合進(jìn)行瞬態(tài)分析。

下圖為GT計(jì)算的三維結(jié)果。

將電芯本體（即Jellyroll，已網(wǎng)格化）的最大運(yùn)行溫度、最低運(yùn)行溫度、平均運(yùn)行溫度化成曲線圖，如下圖所示。經(jīng)驗(yàn)表明，LTO電池的工作溫度在35℃以下時(shí)，能夠有最長(zhǎng)的運(yùn)行壽命。據(jù)此，以35℃為限，可以看到，#1的底部水冷板換熱效果最差，#2的側(cè)邊水冷板性能有所提升，但是并不能保證電芯一直工作在35℃以下，僅有#3 浸沒(méi)式冷卻方案可以達(dá)到要求。

3、結(jié)論

1）、模型計(jì)算結(jié)果：