1、電池冷卻的技術(shù)簡(jiǎn)介

電池冷卻技術(shù)分類(lèi)如下圖所示，通常會(huì )根據以下幾點(diǎn)來(lái)選擇合適的技術(shù)方案：

1）價(jià)格；2）重量；3）制冷循環(huán)；4）系統性能指標；5）生產(chǎn)過(guò)程。本文專(zhuān)注浸入式的電池冷卻方案仿真分析。

對于浸入式的電池冷卻，冷卻液有兩種：油和制冷劑。下面列出了一些正確選擇液體的標準：

浸入式冷卻技術(shù)常用于電動(dòng)車(chē)、混動(dòng)車(chē)、燃料電池車(chē)三類(lèi)市場(chǎng)，e-Mersiv列舉了三種不同的電池產(chǎn)品：

2、儲能電池（LTO）冷卻仿真

本次案例設計的冷卻系統針對的是儲能電池，該電池為鈦酸鋰電池（LTO）。運行的汽車(chē)為工業(yè)用燃料電池汽車(chē)，其應用工況的特點(diǎn)為：7*24h運轉；裝備一個(gè)小型燃料電池，功率峰值為燃料電池功率的10倍，峰值電流10C，6C rms，如下圖所示。這個(gè)運行場(chǎng)景對燃料電池-儲能電池系統的壽命周期和熱性能都有嚴格的要求。

儲能電池的具體參數為：

設計了4種儲能電池的冷卻方案，如下圖所示，分別為：

#0方案：無(wú)冷卻

#1方案：底部水冷板

#2方案：2x側邊水冷板

#3方案：全浸沒(méi)冷卻

單電芯的結構切面圖，建模時(shí)需要考慮的部件傳熱參數，如下圖所示。

通過(guò)GT-GEM3D，對電芯和冷卻水板進(jìn)行建模，所有的換熱部件均為幾何模型直接導入GEM3D種，然后離散為T(mén)hermalMass，熱路的邏輯如下圖所示。

冷卻系統的換熱部件，最終在GT-GEM3D的自動(dòng)建模結果如下所示。為了簡(jiǎn)化計算，本項目只用了一個(gè)電芯模型來(lái)進(jìn)行分析。同時(shí)簡(jiǎn)化了電芯的對外換熱過(guò)程，僅使用了一個(gè)固定的換熱系數。此外，沒(méi)有考慮busbar的連接。

上述過(guò)程通過(guò)GME3D自動(dòng)建立電芯的熱回路，而電芯本體性能模型則是在GT-suite-mp中建立，由于本項目的關(guān)注點(diǎn)在于冷卻方案的分析，因此電芯采用等效電路模型，而沒(méi)有使用電化學(xué)模型。下圖中，左側為在GT-suite-mp中建立的電芯電路模型，用于計算給定電流工況下的電芯發(fā)熱量（計算得到的發(fā)熱量如中間曲線(xiàn)圖所示），將熱量傳遞給電芯熱模型計算熱分布和各個(gè)部件的溫度，然后再將溫度傳回給電路模型，影響電池的工作性能。

通過(guò)GT-GEM3D可以建立三維模型，分析溫度場(chǎng)分布。GEM3D中的網(wǎng)格要比CFD大得多，對于結構件的換熱，完全能夠滿(mǎn)足計算精度需求，對于流動(dòng)換熱，由于GT也是在求解NS方程，因此精度上不會(huì )與CFD結果有很大誤差（這點(diǎn)可以在我們以前的推文中找到對比驗證的結果），因此綜合下來(lái)，使用GEM3D這種三維仿真的方式，能夠在保證溫度精度的情況下，更快的獲得計算結果，適用于電芯的穩態(tài)分析，尤其是適合進(jìn)行瞬態(tài)分析。

下圖為GT計算的三維結果。

將電芯本體（即Jellyroll，已網(wǎng)格化）的最大運行溫度、最低運行溫度、平均運行溫度化成曲線(xiàn)圖，如下圖所示。經(jīng)驗表明，LTO電池的工作溫度在35℃以下時(shí)，能夠有最長(cháng)的運行壽命。據此，以35℃為限，可以看到，#1的底部水冷板換熱效果最差，#2的側邊水冷板性能有所提升，但是并不能保證電芯一直工作在35℃以下，僅有#3 浸沒(méi)式冷卻方案可以達到要求。

3、結論

1）、模型計算結果：