电池单体与电池包热管理

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1、电池单体及电池包热管理　　新能源汽车电池是新能源汽车的三大核心技术之一，被誉为新能源汽车的心脏。按照电池的工作性质和贮存方式，可以划分为两大类：蓄电池和燃料电池。　　蓄电池，又称为二次电池，即可充电电池，如铅酸蓄电池、镍基电池、锂电池、空气电池等；燃料电池，即活性材料在电池工作时才连续不断地从外部加入电池，如氢氧燃料电池、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池等。新能源汽车电池领域的应用案例锂离子电池仿真　　ANSYSFluent的电池模块可以自动探测电池连接模式（串/并联），流动、热和电化学完全耦合在一起进行计算，具有非

2、常好的计算精度和稳健性。该模块内置三个电化学模型，既有基于经验的模型又有基于物理的模型，而且支持用户使用UDF自定义电化学模型。ANSYSFluent的电池模块　　ANSYS公司在美国能源部的计算机辅助工程用于电动车电池设计（CAEBAT）项目中，联合通用汽车、国家可再生能源实验室、ESim，共同开发、测试、验证、完善了该电池模块。　　对于具有复杂串、并联结构的电池模组，可以仿真在复杂充放电循环工况下的瞬态放热特性。具有复杂串、并联结构的电池模组电芯的结构电芯表面温度分布通用汽车圆柱型锂离子电池包结构电池包内的流线及电芯表

3、面的温度分布燃料电池仿真　　ANSYSFluent的燃料电池模块能模拟质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池以及电解过程，该模块自带UDF来模拟电池内的电化学反应、电荷运输、气体扩散、水的运输、能量传递等，用户也可以根据自己的需要，通过UDF来修改其中的模型。ANSYSFluent的燃料电池模块　　某用户使用ANSYSFluent的燃料电池模块，仿真了一个质子交换膜燃料电池，对PEMFC内的温度、压力、浓度进行考察。　　　左：模型网格；右：氢气的质量分数分布　　　左：气体的速度分布；右：电池的温度分布福特汽车和德尔福联合进

4、行电池包热管理的分析　　福特汽车和德尔福合作进行了电池包的热管理仿真，优化了电池包内的气流通道，提升了电池单体的温度均匀性。　　　左：电池包的正视图；右：截面速度云图　　　电池包内的气流组织及温度分布云图电池包抗冲击及可靠性　　电池包是各种电动车辆的主要能量载体和动力来源，也是电动车辆整车成本的主要组成部分，其寿命直接影响电动车辆的使用。作为电动汽车能量供给的关键设备，电池包的结构设计应尽可能高效和轻便，并在保证存放空间合理布局的基础上，满足多变运行环境和行驶工况下的机械承受、工作安全性、可靠性及使用寿命要求。　　CAE分

5、析中，针对电池组常见的分析类型有：自重分析（评估电池包在自重载荷下，自身及连接结构的可靠性）、模态分析（确定电池包结构的固有频率，可以在设计时避开这些频率或者最大限度地减少对这些频率上的激励，从而消除过度振动和噪声）、随机振动分析（评估电池包在复杂路况载荷下的有效性）、冲击及跌落分析（评估结构受冲击载荷下的动力性能）等。ANSYS模拟结果：电池包自重分析结构应力分布（参照标准SAEJ2380）电池包振动分析预应力一阶频率，ANSYS分析结果：z方向变形及1sigma应力分布（参照标准SAEJ2380）电池包跌落测试（参照标

6、准SAEJ2464）