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热分析实例:Flotherm在电池模组仿真

前言:

      电池模组是由多个电芯在综合考虑电池本体机械特性、热特性和安全特性,通过串联或并联而成的模组化结构,其中最广泛的一个应用就是新能源动力电池包。影响电池模组的一个最大因素就是温度,化学电池只有在一定温度范围内工作,才能保证其性能和寿命,而电池模组在充、放电的时候也会产生热量,从而影响被供电部件的正常工作。因此,针对电池组的热仿真分析是其优化设计的重中之重。我司通过业界认可度最高的热设计软件Flotherm对电池模组进行热仿真分析,为客户的产品保驾护航!


分析采用的假设:

1.进风口为两个AD1212HB-F91GP(FCU)风扇,出风品为两个AD0912XB-F93DS风扇;

2.AD1212HB-F91GP(FCU)风扇最大流量为199.73CFM,最大静压为0.625inH2O, AD0912XB-F93DS风扇最大流量为135CFM,最大静压为0.74inH2O ;

3.电池模组工组环境温度为海平面42度状况下;

4.分析采用瞬态,分析周期为30分钟,单个电芯发热功率假设为0.25W;

5.电池的导热率假设为 6.8W/m-K,其他部件根据材料实际参数设置;

6.模型中对于仿真影响较小的部件或特征进行了简化或省略;

7.分析软件采用Flotherm 9.1.


分析模型介绍:

侧视:

Flotherm热仿真分析


前视:                                                   后视:

 Flotherm热仿真分析         Flotherm热仿真分析


三维视角:

Flotherm热仿真分析

(进风口-AD1212HB-F91GP(FCU)风扇)


电池模组表面温度分布云图 (正向):

Flotherm热仿真分析


电池模组表面温度分布云图 (反向)


Flotherm热仿真分析

(根据电池模组温度云图可以看出,电池表面最高温度为72.9度,发生在靠近出风口底面处)


电池模组表面温度分布云图 (5分钟-10分钟)


Flotherm热仿真分析


Flotherm热仿真分析

电池模组表面温度分布云图 (15分钟-20分钟)

Flotherm热仿真分析


Flotherm热仿真分析

电池模组表面温度分布云图(25分钟-30分钟)




电池模组时间温度关系曲线


Flotherm热仿真分析


电池模组截面速度分布云图(X轴)


Flotherm热仿真分析


通过截面速度云图可以看出:

(1) 风流主要通过三个主流道流动,由于受到系统阻抗的影响,通过电池缝隙的风流相对较少;

(2) 在风道的进风口和出风口由于受到风扇的推动和牵引,经过电池间的风流相对较多;

(3) 在模组的上下表面由于风阻较小,所以通过电池表面的风流相对中心位值的风流较多。


电池模组截面速度分布云图(Y轴)


Flotherm热仿真分析


通过截面速度云图可以看出:

(1) 在风道的进风口和出风口由于受到风扇的推动和牵引,经过电池间的风流相对较多;

(2) 模组在靠近主风道位置由于风阻较小,所以通过电池表面的风流相对中心位值的风流较多。


风扇工作点


Flotherm热仿真分析


通过风扇工作点可以看出,风扇工作在90CFM,0.4inH20上,所以系统风阻相对较小,这是因为三个主风流道的导流作用。


结论

1.根据电池模组温度云图可以看出,电池表面最高温度在30分钟的时候为72.3度,发生在靠近出风口底面处

2.分流过多的通过旁路干道,而从电池中间缝隙中流过的较少

3.由于风流分布不均匀以及风流流动过程中的加热影响,所以造成电池的温度分布不太均匀,温差较大

4.根据以上几点,建议做以下几点改善:

     (1) 减小主风流道的空间,让风流更多的通过电池中间,但不能完全堵死,主要为了
      (a)避免系统风流阻抗过大;
      (b)风流在流动过程中温度平衡,否则风流在流动过程中逐级加热导致出口处电池温度比入口处电池温度高很多,造成电池间温差过大。
     (2) 增加电池间孔隙,从而让风流流过电池的风阻尽量减小。