電池包在運作的時候會產(chǎn)生大量的熱，熱會在電池包內(nèi)積累，隨著車輛的使用，電池包內(nèi)的部件會老化損傷，安全隱患極高，如何給電池包散熱就顯得非常重要。本文采用積鼎VirtualFlow對電芯、冷板以及冷卻液進行散熱仿真計算，分析鋰電池模組穩(wěn)態(tài)散熱效果，并與Fluent軟件結(jié)果進行對比，表明VirtualFlow與Fluent計算結(jié)果的溫度偏差控制在3℃以內(nèi)。
固體計算域包括電芯、母排、正負極、導(dǎo)熱膠以及電池包外殼，流體域為液體冷卻通道。
圖1 流體域示意圖
本算例中，VIrtualFlow采用笛卡爾網(wǎng)格，只需要如下流體域尺寸和設(shè)置加密區(qū)域，即可自動生成網(wǎng)格。Fluent的網(wǎng)格采用FluentMeshing進行劃分，為多面體網(wǎng)格。
圖2 VIrtualFlow網(wǎng)格設(shè)置
圖3 VIrtualFlow網(wǎng)格細節(jié)
圖4 Fluent網(wǎng)格
本算例采用標準的k-epsilon湍流模型，介質(zhì)水。固體材料的屬性參數(shù)如下表。
表1 固體材料屬性
入口速度為0.1m/s，溫度為300K。出口邊界設(shè)置為壓力出口。設(shè)置三個電芯為發(fā)熱功率100000W/m3的熱源。本算例的共軛換熱，采用穩(wěn)態(tài)進行計算。
VirtualFlow與Fluent計算得到模組溫度云圖如下。為了比較云圖的效果，統(tǒng)一其溫度分布范圍。
(a) VirtualFlow (b) Fluent
圖5 模組內(nèi)部溫度云圖（為了網(wǎng)格的設(shè)置，VirtualFlow對進出口管壁進行了加厚）
圖6 模組中截面溫度云圖
從上圖可以看出，由于采用液冷的方式，模組在靠近水冷板處的溫度較低。模組內(nèi)部各部件的溫差控制在40K以內(nèi)，此外由于導(dǎo)熱膠的導(dǎo)熱作用較強，其溫度與相鄰的電芯溫度基本一致。
下圖為冷板內(nèi)部流體域的溫度和速度云圖，從圖中可以看出，水通過冷板與電芯進行了換熱后，從入口流到出口的過程中其溫度呈上升趨勢。
(a) VirtualFlow (b) Fluent
圖7 冷板內(nèi)部流體域溫度云圖
(a) VirtualFlow (b) Fluent
圖8 冷卻通道中截面速度云圖
通過上述計算結(jié)果可得以下結(jié)論：
1、VirtualFlow與Fluent的計算結(jié)果基本一致，VirtualFlow計算結(jié)果中個別位置的溫度略低于Fluent，其溫度最大偏差在3℃以內(nèi)。
2、VirtualFlow與Fluent計算的流體速度分布基本一致。
運用VirtualFlow可以對電池模組進行散熱計算，其與Fluent軟件的計算結(jié)果基本一致。VirtualFlow與Fluent等主流CFD軟件相比，其主要特色在于：
1. 快速生成高質(zhì)量網(wǎng)格，同時采用IST網(wǎng)格技術(shù)，流體域與固體域使用同一套網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分更方便，而且可以高精度求解共軛換熱問題。
2. VirtualFlow的前處理對機器的性能要求較低，普通的辦公筆記本或者臺式機即可處理一億以上的網(wǎng)格算例。
3. VirtualFlow的湍流模型、多相流以及相變模型已在上百個場景驗證，其求解精度與Fluent同一級別，其可滿足大部分單相流、多相流場景的仿真需求。
4. 作為具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)軟件，VirtualFlow可以根據(jù)用戶需求進行深度的二次開發(fā)。
由積鼎科技自主研發(fā)的通用計算流體力學(xué)軟件VirtualFlow，具備行業(yè)領(lǐng)先的網(wǎng)格建模與求解技術(shù)，和豐富的多相流物理模型及先進的相變模型，可模擬單相和多相/多組分物質(zhì)流動、傳熱、界面追蹤、粒子追蹤、相變、水合物反應(yīng)等復(fù)雜問題，可為工業(yè)各行業(yè)用戶提供專業(yè)級流體仿真解決方案。
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