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Flotherm在電池模組熱仿真分析中的應(yīng)用實例

有限元: 2017-05-13 09:31:11 閱讀數(shù): 6283 分享到:
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.


分析模型介紹:

側(cè)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(fēng)口-AD1212HB-F91GP(FCU)風(fēng)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(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)


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(guān)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(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)


Flotherm熱仿真分析


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


Flotherm熱仿真分析


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。
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