摘要：动力电池的冷却性能直接影响电池的工作效率，同时也会影响电池的寿命和使用安全。本文介绍一种电池箱液冷设计方案，基于Fluent软件建立电池系统的热仿真模型，并通过夏季高温实验工况验证，与仿真结果有较高的一致性，进一步验证了该仿真模型的合理性。
关键词：Fluent；电池系统；热仿真
1引言
随着社会环境压力的增加和节能减排的可持续性发展需求，开发纯电动节能汽车已是大势所趋，在纯电动汽车中动力电池系统是汽车的主要能量来源，然而电池系统在充放电过程中本身会产生一定热量，从而导致温度上升，而温度升高会影响电池的众多特性参数，如内阻、电压、SOC、可用容量、充放电效率和电池寿命。因此，做好电池箱的热管理设计使电池在可靠的温度范围内工作，对电池的性能、寿命，提高整车性能和降低整车成本都有着至关重要的作用。
2电池系统有限元模型
利用三维软件Creo Parametric3.0对电池箱进行建模，由于系统结构复杂，网格划分难度大，为了便于计算忽略发热量相对较小的零部件，删除系统中的圆倒角，仿真的过程中由于是在绝热的环境中进行分析，所以忽略箱体盖对仿真的影响，因此整个动力电池冷却系统需要考虑的零部件包括：电池箱侧壁和模组底部的热管理系统，电池与热管理系统连接的导热胶和隔热材料，用直径12mm的橡胶管连接箱体两侧的水道形成完整回路。系统采用多面体网格划分方式，划分后模型网格总数为696852，内部水流模型设置边界层为2，网格质量为0.86，网格划分及名称分布如图1所示：
本文采用skewness的评价方法，在网格划分中绝大部分的单元为优质单元，只有少量的劣质单元，在计算时不会影响计算结果的精度和可靠性。
图1 电池系统的有限元模型及命名
3边界条件的定义
流体模型设置三维定常不可压缩模型，打开能量方程。冷却液流过箱体侧壁，利用热管的高导热性将电池在充放电过程中产生的热量带走。此系统为1P50S，单体容量为202Ah，设置入水口流量分别为10L/min、充电时入水口水温为10℃，放电时入水口水温为20℃，进行夏季高温的仿真分析。工况为：电池初始温度40℃，0.33C放电至40%SOC；静置10min；1C充电至100%SOC；静置10min；循环以上工况两次；0.33C放电至15%SOC；静置10min；1C充电至100%SOC。一天完整的公交车运行工况，分析电池系统的温升情况，保证电池系统在合理的温度范围内工作，各材料属性如表1所示：
表1 各材料属性
4仿真结果
仿真分析了公交车一天的运行工况，电池的热分布云图如图2所示，电池的最高温度为36.72℃，且电池的温升曲线如图3 所示；
从图2和图3可以看出，整个工况运行中可以将电池的最高温度控制在40℃之内，使电池系统在最佳的20℃~45℃范围内工作，可以有效保证电池的充放电效率、使用寿命和使用安全。
图2 电池组温度云图
图3 电池组最高温度温升曲线
5实验验证
上述通过对电池系统高温工况的热仿真分析，可以显示电池系统可以在最佳的工作范围内工作，说明液冷系统设计的可行性，同时将电池箱系统放进温箱中设置40℃，并依据夏季高温工况对电池系统进行充放电实验，验证仿真分析的可行性，仿真与实验的温升曲线如图4所示，仿真温度与实验温度及两者误差如表1所示：
从以上数据可知，一天完整的夏季高温工况仿真与实验的平均误差为8.64%。误差在可接受的范围内，可以为纯电动车电池系统的高温工况提供理论依据。
6结论
本文基于Fluent流体分析软件对纯电动公交车电池系统进行了温度场的仿真，直观的表现出电池组的温度分布，方便对热管理系统进行优化。通过仿真和实验相比较，验证了该热管理系统的可行性，满足电池系统可在最佳的温度范围内工作。
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作者简介
刘海罗，男，汉族，天津市，工学硕士，工作单位：力神动力电池股份有限公司。从事动力电池系统热管理研究。
史晓妍，男，汉族，天津市，工学硕士，工作单位：力神动力电池股份有限公司。从事动力电池系统热管理研究。
王楠，男，汉族，天津市，结构工程师，工作单位：力神动力电池股份有限公司。
王晓龙，男，汉族，天津市，测试工程师，工作单位：力神动力电池股份有限公司。
论文作者:刘海罗1,史晓妍1,王楠1,王晓龙1
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/3
标签：电池论文; 系统论文; 工况论文; 温度论文; 范围内论文; 模型论文; 网格论文; 《基层建设》2018年第34期论文;