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【智享新动力】一套新能源汽车“热治理体系”设想流程攻略

好消息!安庆经开区新能源汽车研究院项目正式签约

近日,市经开区管委会与日本石川技研株式会社就新能源电动汽车动力系统部件研究院项目正式签订投资合作协议。该项目实现了经开区产业技术研究院的重大突破,也是我市首家外资法人研发机构,将为经开区首位产业发展和招商引资提供强大的公共科技服务支持。 资

好消息!安庆经开区新能源汽车研究院项目正式签约新能源电动汽车

作者 | LEVEL 仿真秀专栏作者

首发 | 仿真秀民众号(ID:fangzhenxiu2018)

动力电池作为新动力汽车的重要动力源,其对新动力汽车的重要性显而易见。在现实的车辆运用历程当中,电池会的面对的运用工况庞杂多变。

在低温下,锂离子电池会涌现内阻增大、容量变小的征象,极度状况更会致使电解液凝结、电池没法放电等状况,电池体系低温机能遭到很大影响,形成电动汽车动力输出机能衰减和续驶里程削减。在低温工况下对新动力车辆举行充电时,平常BMS先将电池加热到相宜的温度再举行充电的操纵。假如处置惩罚不当,会致使霎时的电压过充,形成内部短路,进一步有大概会发作冒烟、起火以至爆炸的状况。

在高温下,如充电器控制失效,大概会激发电池内部发作猛烈的化学反应,发生大批的热,若热量来不及流失而在电池内部敏捷蕴蓄,电池大概会涌现漏液、放气、冒烟等征象,严峻时电池发作 猛烈熄灭且发作爆炸。

电池热治理体系 (Battery Thermal Management System, BTMS)是电池治理体系的重要功用,电池的热治理重要包含冷却、加热以及温度平衡等功用。冷却和加热功用,重如果针对外部环境温度对电池大概形成的影响来举行响应的调解。温度平衡则是用来减小电池组内部的温度差别,防备某一部份电池过热形成的疾速衰减。经由历程导热介质、测控单位以及温控装备构成闭环调治体系,使动力电池事情在适宜的温度局限以内,以保持其最好的运用状况,用以保证电池体系的机能和寿命。

电池热治理体系

一、热治理体系的“V”模子开发情势

热治理体系作为动力电池体系的一个零部件,它的开发历程一样遵照汽车行业V”模子开发情势,借助仿真东西以及经由历程大批的测试考证,只要如许才提拔开发效力,节约开发陈本以及保障体系可靠性、平安性和运用寿命。

以下是热治理体系开发的“V”模子,整体来看该模子由一横一纵两个轴构成:横轴又由四条正向开发主线和一条逆向考证主线构成,并以正向开发为主,统筹逆向的闭环考证纵轴由零部件子体系和体系三个层级构成。

热治理体系开发的“V”模子

电池的温度直接影响了电池的平安性,因而电池的热治理体系设想研讨是电池体系设想中最症结的事情之一。必需严厉依据电池的热治理设想流程、电池的热治理体系及零部件范例、热治理体系的零部件选型及热治理体系的机能评价等多个方面来举行电池体系热治理的设想和考证,才保证电池的机能和平安性。

1、热治理体系请求,依据整车的运用环境、整车的运转工况和电池单体的温度窗口等设想输入参数举行需求剖析,以明白电池体系对热治理体系的需求;体系请求,依据需求剖析肯定热治理体系所具有的功用以及体系的设想目这些设想目的重要包含对电池单体温度、电池单体间温差、体系能耗和本钱的控制。

2、热治理体系框架,依据体系需求将体系拆分为冷却子体系、加热子体系、保温子体系和热失控隔绝( thermal runaway obstructin,TRo)子体系,并定义各子体系的设想需求,同时举行仿真剖析以开端考证体系设想。

3、子体系设想,起首依据体系设想肯定每一个子体系的设想目的,然后对每一个子体系顺次举行体式格局挑选、计划设想、细致设想和仿真剖析考证。

4、零部件设想,起首依据子体系设想肯定零部件的设想目的,然后举行细致设想和仿真剖析。

5、零部件制作与测试,举行零部件的生产制作,并举行测试考证。

6、子体系集成与考证,举行子体系的集成与测试考证。

7、体系集成与测试,举行体系的集成与测试考证。

二、电池热治理开发流程

以下是电池热治理在开发时的简朴的一个流程,共7个步骤,包含热治理设想目的和请求,体系构造件的设想、仿真模子考证,体系和整车测试考证。




1、电池热治理体系重要请求以下:

① 防止热失控,有害气体发生时的有用透风
② 高温环境中有用散热
③ 低温环境中敏捷加快或许保温
④ 减小电池温度差别,保证电池温度匀称性

⑤ 电池温度的正确丈量和监控

2、动力锂电池热治理体系的设想目的有两个:

① 电池包内部保持在合理温度局限内;

② 差别电芯温差尽量小。

3、电池生热率

在动力电池的仿真历程,电芯差别工况的发烧量是仿真的必不可少的边境前提。那末如何肯定电芯在差别工况下的发烧量,现在行业内重要经由历程以下3种要领:

① ARC测试,数据正确,具有测试前提。但测试正确度对照热容测试的结果正确度依赖性很大,且规范块的测试偏差到达5%。因绝热环境电池温升较大,测试数据会偏低。

② Bernardi理论盘算数据相对较正确,已比较成熟,但须要实测的数据较多,包含工况数据,OCV数据,DE/DT数据,测试周期较长。


I:电流值,充电为正,放电为负;
U:电池端电压;
E:电池开路电压;

dE/dT:熵值系数

③ RC模子盘算,但若能够竖立正确的RC模子,就能够完成种种工况的产热模仿,以下是二阶等效电路模子:用内阻示意欧姆极化,RC电路表征浓差极化和电化学极化的综合结果。




4、冷却体式格局挑选

热治理体系的观点设想,在热治理体系设想中,须要依据现实状况挑选适宜的冷却体式格局,

5、冷却构造

对与液冷体系来讲,液冷板事情的道理是:电池事情发生的过剩热量,经由历程与板型铝质器件外表打仗的体式格局通报,液冷体系运用液体活动换热系数较大的特征,依托液体活动转移高热量,终究被器件内部流道中经由历程的冷却液带走。那末它的尺寸设想、流量设想、冷却面积设想这里就不在细说。为了保证体系温度一致性,冷却构造设想运用仿真东西和实验不停的优化,能够从下面几个方面举行优化:

  1. 优化集流管

  2. 调解冷板的宽度

  3. 调解冷板的内部流畅截面

  4. 调解主管道的管径

  5. 调解歧路管道的管径

6、液冷工质
作为液冷体系的事情介质,关于动力电池体系,它的液冷工质是十分重要的,在挑选液冷工质时,须要从传热才能、黏度、运用温度局限、电绝缘性、腐蚀性、可燃性、毒性和用度等方面综合斟酌。
三、电池热治理计划设想
电池包的热治理计划,触及到三个方面的步伐:电池组的冷却、电池组低温预热、电池组保温。
1、电池组的冷却设想
电池组冷却的情势依据传热途径重要有两种,直接冷却和间接冷却。直接冷却,是冷却介质直接从电芯外表流过,带走过剩热量;间接冷却,是冷却介质在管道和散热器的流道中流过,散热器与电芯打仗,将电芯热量通报给冷却介质。

2、电池组的低温预热设想
池组低温预热,有两种基本情势:内部加热外部加热
内部加热:运用电池包外部的交换电源,给电池电解液加热,直至到达电池包实用的温度局限为止。生热的部件是电池本身,因而称为内部加热。
外部加热:运用外部电源,给电池之外的介质加热,介质将热量通报给电池,逐步提高电池温度,直至电池相宜的温度局限。外部介质包含氛围介质和液体介质,生热的元件PTC和加热膜等。
以下是电池低温预热加1c放电状况下的检查点温度和温差变化,人人可参考明白电池体系在低温下的温度变化

3、电池组保温设想
在低温地区运用的动力电池包,箱体平常须要设想保温步伐,用来减缓预热热量的流失。防备行车途中短时泊车时,电池再次降低到事情温度以下。平常从模组的保温文体系的保温两方面举行设想。保温步伐并非每台具有热治理功用的车辆都设置的。车辆预热,电池包进入事情状况今后,电池本身会发生大批的热,假如不是极寒环境以及没有长时间泊车的须要,则电池包运转温度能够依托本身发烧保持。
以下图是鄙人箱体内腔,无构造件装置地区掩盖保温材料;外部底部喷涂3mm的PVC装甲。

喷涂保温材
四、电池热治理CFD仿真
锂电池Pack设想中往往会借助热流体仿真剖析来辅佐工程师完成pack热治理体系设想,在热治理体系设想阶段,可对Pack、模组或电池举行热场仿真剖析,电池热治理仿真流程重要基于产物数模对其举行必要的简化(前处置惩罚),再对数模举行离散处置惩罚(分别网格),然后对体系施加肯定的边境前提和拔取合适的盘算模子后,交由仿真软件举行盘算,末了对盘算结果举行响应的处置惩罚,提取相干数据用于编写剖析报告(后处置惩罚)。

依据仿真数据疾速地挑选出冷却、加热和保温体式格局;在冷却子体系设想阶段,能够对Pack、模组或电池(带冷却子体系)举行热场和流场仿真剖析,依据仿真结果肯定冷却通道设想、冷却介质、冷却进口温度和流量以及电扇或泵的参数等。
动力电池热治理仿真历程当中前处置惩罚手艺多少清算、网格分别、仿真边境和热治理战略输入、电池模块是仿真的难点,迥殊关于电池模块的电化学仿真,关于仿真这一块,本篇就不再详述,本人之前写的文章有细致描述一套新动力汽车动力电池热治理热仿真攻略》。
五、新动力汽车”热治理体系”设想流程

以上是作者对热治理体系设想流程的一些总结,供人人学下和参考,因为篇幅有限,
自2019年11月起,
我将在仿真秀平台独家首发

新动力动力电池热治理设想入门到进阶23讲
-基于star-ccm+和ansys-fluent》

尽人皆知,
新动力动力电池热治理设想触及面广、难度大,对一个新手来讲,很难在短时间内,触及到每一个板块的内容,热治理触及浩瀚理论知识,对电池体系触及的每一个范畴的妙技请求很高,假如靠自己探索,重新手到能自力热设想电池热治理体系,将会是一个冗长的历程。
本套课程,是现在市场上唯一
一套对新动力动力电池热治理设想
各个症结环节举行体系解说课程, 重要包含电芯的
温度特征

热治理设想功用请求

冷却体系设想

加热体系设想

保温体系设想
等方面,对全部热管体系设想基本流程以及对差别热治理体系详细设想症结点举行体系解说,让你熟练控制动力电池热治理设想流程和要领。

当前我已更新到第8期感兴趣的朋侪能够关注和定阅,一同交换进修和提高本人供给材料模子和进修答疑,愿望对进修型工程师有所协助吧!

以下是课程纲要

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1、你将取得

  • 学员能够控制动力电池热治理设想的基本流程;
  • 控制新动力汽车动力电池热治理设想要点;
  • 控制新动力汽车动力电池冷却体系设想
    要点;
  • 新动力汽车动力电池加热体系设想要点;
  • 新动力汽车动力电池保温体系设想要点;
  • 新动力汽车动力热流体仿真剖析流程;
  • 定阅用户,可到场讲师个人的VIP进修群,与讲师延续交换;
  • 可联络仿真小助手直接取得模子文件和材料,其他用户能够到场仿真秀CAE汽车交换群,课程完毕后在仿真秀APP能够取得部份材料。

2、合适哪些人进修

  • 高校教师、博(硕)士研讨生;
  • 进修型仿真工程师;
  • 愿望明白有限元基本观点、熟习仿真剖析流程的工程师;
  • 处置动力电池热治理剖析的工程师;
  • ANSYS-SCDM 和FLuent 软件进修和运用者

3、课程订价

本系列课代价1000元,
可开具发票,第1期免费试听,
能够领取系列课优惠券
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第001-20名,订价800元
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4、讲师引见

LEVEL先生,机械工程专业,硕士学历,整车厂在职电池包热治理工程师,有雄厚的动力电池热治理仿真手艺与现实测试事情履历。

进修或事情经历:南京工业大学车辆工程专业,硕士学历;重要累赘电池包总成仿真剖析等。效劳过的重要客户重要包含吉敏安、利、江淮、奇瑞、等主机厂项目,具有2篇动力电池热治理设想专利。

案例:基于现在市场上主流的动力电池的热治理设想都是采纳液冷设想,本案列以采纳液冷的体式格局对新能动力电池举行液冷或液热,以ANSYS-SCDM软件做为电池包PACK建模的前处置惩罚器,以STAR-CCM+软件作为液冷体系流场仿真和PACK热场仿真的求解器,竖立了液冷体系流场仿真和PACK热场仿真剖析模子,终究完成了动力电池在低温泊车加热工况,常温行车、高温行车工况PACK内部电池温度变化状况,提出合理的对仿真结果评价的要领。本课程不仅仅是关于动力仿真流程进修课程,同时也是对新动力汽车动力电池热治理手艺设想履历分享课程。

作者:LEVEL先生,仿真秀专栏作者

声明:原创文章,首发仿真秀民众号(ID:fangzhenxiu2018),部份图片源自收集,若有不当请联络我们,迎接分享,制止擅自转载,转载请联络我们。

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