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(lián)或并聯(lián)而成的模組化結(jié)構(gòu)，其中最廣泛的一個應(yīng)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(xué)電池只有在一定溫度范圍內(nèi)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(chǎn)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(yōu)化設(shè)計的重中之重。我司通過業(yè)界認(rèn)可度最高的熱設(shè)計軟件Flotherm對電池模組進行熱仿真分析，為客戶的產(chǎn)品保駕護航！
分析采用的假設(shè)：
1.進風(fēng)口為兩個AD1212HB-F91GP(FCU)風(fēng)扇，出風(fēng)品為兩個AD0912XB-F93DS風(fēng)扇；
2.AD1212HB-F91GP(FCU)風(fēng)扇最大流量為199.73CFM,最大靜壓為0.625inH2O, AD0912XB-F93DS風(fēng)扇最大流量為135CFM,最大靜壓為0.74inH2O ；
3.電池模組工組環(huán)境溫度為海平面42度狀況下；
4.分析采用瞬態(tài)，分析周期為30分鐘，單個電芯發(fā)熱功率假設(shè)為0.25W；
5.電池的導(dǎo)熱率假設(shè)為 6.8W/m-K,其他部件根據(jù)材料實際參數(shù)設(shè)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.
側(cè)視：
前視： 后視：
三維視角：
（進風(fēng)口－AD1212HB-F91GP(FCU)風(fēng)扇）
電池模組表面溫度分布云圖 （正向）：
電池模組表面溫度分布云圖 （反向）
（根據(jù)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(fā)生在靠近出風(fēng)口底面處）
電池模組表面溫度分布云圖 （5分鐘-10分鐘）
電池模組表面溫度分布云圖 （15分鐘-20分鐘）
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(guān)系曲線
電池模組截面速度分布云圖(X軸)
通過截面速度云圖可以看出：
（1） 風(fēng)流主要通過三個主流道流動，由于受到系統(tǒng)阻抗的影響，通過電池縫隙的風(fēng)流相對較少；
（2） 在風(fēng)道的進風(fēng)口和出風(fēng)口由于受到風(fēng)扇的推動和牽引，經(jīng)過電池間的風(fēng)流相對較多；
（3） 在模組的上下表面由于風(fēng)阻較小，所以通過電池表面的風(fēng)流相對中心位值的風(fēng)流較多。
電池模組截面速度分布云圖(Y軸)
通過截面速度云圖可以看出：
（1） 在風(fēng)道的進風(fēng)口和出風(fēng)口由于受到風(fēng)扇的推動和牽引，經(jīng)過電池間的風(fēng)流相對較多；
（2） 模組在靠近主風(fēng)道位置由于風(fēng)阻較小，所以通過電池表面的風(fēng)流相對中心位值的風(fēng)流較多。
風(fēng)扇工作點
通過風(fēng)扇工作點可以看出，風(fēng)扇工作在90CFM,0.4inH20上，所以系統(tǒng)風(fēng)阻相對較小，這是因為三個主風(fēng)流道的導(dǎo)流作用。
結(jié)論
1.根據(jù)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(fā)生在靠近出風(fēng)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(fēng)流分布不均勻以及風(fēng)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(jù)以上幾點，建議做以下幾點改善：
(1) 減小主風(fēng)流道的空間，讓風(fēng)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(tǒng)風(fēng)流阻抗過大；
(b)風(fēng)流在流動過程中溫度平衡，否則風(fēng)流在流動過程中逐級加熱導(dǎo)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(fēng)流流過電池的風(fēng)阻盡量減小。
