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                    CAE應用解決方案專家
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                    熱分析實例:Flotherm在電池模組仿真

                    前言:

                          電池模組是由多個電芯在綜合考慮電池本體機械特性、熱特性和安全特性,通過串聯或并聯而成的模組化結構,其中最廣泛的一個應用就是新能源動力電池包。影響電池模組的一個最大因素就是溫度,化學電池只有在一定溫度范圍內工作,才能保證其性能和壽命,而電池模組在充、放電的時候也會產生熱量,從而影響被供電部件的正常工作。因此,針對電池組的熱仿真分析是其優化設計的重中之重。我司通過業界認可度最高的熱設計軟件Flotherm對電池模組進行熱仿真分析,為客戶的產品保駕護航!


                    分析采用的假設:

                    1.進風口為兩個AD1212HB-F91GP(FCU)風扇,出風品為兩個AD0912XB-F93DS風扇;

                    2.AD1212HB-F91GP(FCU)風扇最大流量為199.73CFM,最大靜壓為0.625inH2O, AD0912XB-F93DS風扇最大流量為135CFM,最大靜壓為0.74inH2O ;

                    3.電池模組工組環境溫度為海平面42度狀況下;

                    4.分析采用瞬態,分析周期為30分鐘,單個電芯發熱功率假設為0.25W;

                    5.電池的導熱率假設為 6.8W/m-K,其他部件根據材料實際參數設置;

                    6.模型中對于仿真影響較小的部件或特征進行了簡化或省略;

                    7.分析軟件采用Flotherm 9.1.


                    分析模型介紹:

                    側視:

                    Flotherm熱仿真分析


                    前視:                                                   后視:

                     Flotherm熱仿真分析         Flotherm熱仿真分析


                    三維視角:

                    Flotherm熱仿真分析

                    (進風口-AD1212HB-F91GP(FCU)風扇)


                    電池模組表面溫度分布云圖 (正向):

                    Flotherm熱仿真分析


                    電池模組表面溫度分布云圖 (反向)


                    Flotherm熱仿真分析

                    (根據電池模組溫度云圖可以看出,電池表面最高溫度為72.9度,發生在靠近出風口底面處)


                    電池模組表面溫度分布云圖 (5分鐘-10分鐘)


                    Flotherm熱仿真分析


                    Flotherm熱仿真分析

                    電池模組表面溫度分布云圖 (15分鐘-20分鐘)

                    Flotherm熱仿真分析


                    Flotherm熱仿真分析

                    電池模組表面溫度分布云圖(25分鐘-30分鐘)




                    電池模組時間溫度關系曲線


                    Flotherm熱仿真分析


                    電池模組截面速度分布云圖(X軸)


                    Flotherm熱仿真分析


                    通過截面速度云圖可以看出:

                    (1) 風流主要通過三個主流道流動,由于受到系統阻抗的影響,通過電池縫隙的風流相對較少;

                    (2) 在風道的進風口和出風口由于受到風扇的推動和牽引,經過電池間的風流相對較多;

                    (3) 在模組的上下表面由于風阻較小,所以通過電池表面的風流相對中心位值的風流較多。


                    電池模組截面速度分布云圖(Y軸)


                    Flotherm熱仿真分析


                    通過截面速度云圖可以看出:

                    (1) 在風道的進風口和出風口由于受到風扇的推動和牽引,經過電池間的風流相對較多;

                    (2) 模組在靠近主風道位置由于風阻較小,所以通過電池表面的風流相對中心位值的風流較多。


                    風扇工作點


                    Flotherm熱仿真分析


                    通過風扇工作點可以看出,風扇工作在90CFM,0.4inH20上,所以系統風阻相對較小,這是因為三個主風流道的導流作用。


                    結論

                    1.根據電池模組溫度云圖可以看出,電池表面最高溫度在30分鐘的時候為72.3度,發生在靠近出風口底面處

                    2.分流過多的通過旁路干道,而從電池中間縫隙中流過的較少

                    3.由于風流分布不均勻以及風流流動過程中的加熱影響,所以造成電池的溫度分布不太均勻,溫差較大

                    4.根據以上幾點,建議做以下幾點改善:

                         (1) 減小主風流道的空間,讓風流更多的通過電池中間,但不能完全堵死,主要為了
                          (a)避免系統風流阻抗過大;
                          (b)風流在流動過程中溫度平衡,否則風流在流動過程中逐級加熱導致出口處電池溫度比入口處電池溫度高很多,造成電池間溫差過大。
                         (2) 增加電池間孔隙,從而讓風流流過電池的風阻盡量減小。

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