CN113591273B - 评估电池内部温度的耦合分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种评估电池内部温度的耦合分析方法，包括以下步骤：S1.建立整车流场模型和整车外流场；S2.整车流场模型求解：S3.关重零部件ANSA网格重构；S4.关重零部件Taitherm模型设置；S5：STAR‑CCM+与Taitherm模型交互耦合；S6：搭建电池包及内部结构固体传热模型；S7：电池包及内部结构固体传热模型温度场计算；S8：后处理查看各工况电池包的内部温度。本发明在保证计算精度的同时提高了计算效率。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车动力电池安全性能评估技术领域，具体涉及评估电池内部温度的耦合分析方法。
背景技术
随着国家的双积分政策落地，对传统燃油车的能耗和排放挑战越来越严峻，而纯电动车汽车在续航里程和充电设备基建上还存在不足，全盘推广和实用存在一定障碍，那么混动车型的研发在汽车发展历程中就显得尤为重要。在混动车型的开发特点即是发动机和动力电池可同时或者分别作为驱动源，常规地，动力电池布置在底盘上且与发动机排气管距离较近。而动力电池高效正常工作的温度区间较窄，大致在-20-60℃。通常地，混动车型搭载的动力电池包是内部设计有冷却回路，冷却方式可分为液冷冷却和直冷冷却，携带有内部冷却的动力电池包受外界环境影响很小。但基于低成本搭载自然风冷冷却的电池包受外界环境影响较大，因此在开发前期快速识别排气系统对动力电池内部温度影响，同时了解电池内部温度分布和温差情况就显得尤为重要。
一般地，评估整车零部件的温度情况可直接在Star ccm+软件中搭建整车流体域、排气管及关注零部件的固体域、排气管内部流动流体域模型，该方法存在网格总数太大，占用计算资源多，模型处理方式复杂，计算效率低、流体和固体直接采用Interface耦合方式容易发散等缺点，针对混动车型，整车零部件更加繁多且动力电池包内部结构布置复杂，不利于在整车开发前期快速锁定零部件超温问题。
因此，有必要开发一种新的评估电池内部温度的耦合分析方法及车辆。
发明内容
本发明的目的是提供一种评估电池内部温度的耦合分析方法，在保证计算精度的同时能提高计算效率。
本发明所述的一种评估电池内部温度的耦合分析方法，包括以下步骤：
S1.建立整车流场模型：
建立整车三维CAD模型，将整车三维CAD模型导入STAR-CCM+软件，在完成几何清理后，根据零部件名称进行划分并编号；建立整车流场模型，并对整车流场模型进行包面、面网格划分、体网格划分、边界条件设置；
S2.整车流场模型求解：
设置不同工况下的整车流场分析边界并计算；
S3.关重零部件ANSA网格重构：
从整车流场模型中导出关键零部件的面网格数据，并在ANSA软件中进行面网格重构，得到关重零部件的ANSA重构面网格模型；
S4.关重零部件Taitherm模型设置：
将关重零部件的ANSA重构面网格模型导入Taitherm软件中，在Taitherm软件中设置排气边界及各零部件厚度、材料属性，得到关重零部件Taitherm模型；
S5：STAR-CCM+与Taitherm模型交互耦合：
将步骤S2中各工况的计算结果分别与步骤S4的关重零部件Taitherm模型进行温度场的交互耦合，求解得到各零部件表面温度与对流换热系数；
S6：搭建电池包及内部结构固体传热模型：
建立电池包及内部CAD模型，将电池包及内部CAD模型导入STAR-CCM+软件，在完成进行几何清理、分组、命名、网格划分后，根据工况不同设置电芯发热功率，设置零部件固体材料及属性，得到电池包及内部结构固体传热模型；
S7：电池包及内部结构固体传热模型温度场计算：
将步骤S5的电池包表面温度及对流换热系数作为输出边界导入电池包及内部结构固体传热模型，并进行计算；
S8：后处理查看各工况电池包的内部温度：
分析各工况情况下电池包及内部零部件的温度、温差。
可选地，所述步骤S2中，不同工况包括8%爬坡工况、6%爬坡工况、高速工况、怠速工况、120kph工况和135kph工况。
本发明具有以下优点：相比于在star ccm+软件中建立整车模型的分析方法，本发明通过多软件交互耦合的方法来得到整车工况电池包及内部零部件的温度分布情况，该方法在每种软件中模型较简单，不占用大量计算资源，为评估电池包内部工作温度，电池包在整车上的布置、与排气的相对关系、电池包壳体的选择以及内部零部件布置提供了一种快速、效率高的验算方法。
附图说明
图1为本实施例的流程图；
图2为本实施例中整车流场模型的示意图；
图3为本实施例中 Taitherm模型的示意图；
图4 为本实施例中各工况电池包表面温度分布结果示意图；
图5为本实施例中电池包及内部结构固体传热模型示意图；
图6为本实施例中各工况电池包内部温度分布结果示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中，一种评估电池内部温度的耦合分析方法组，包括以下步骤：
S1.建立整车流场模型：
建立整车三维CAD模型，将整车三维CAD模型导入STAR-CCM+软件，在完成几何清理后，根据零部件名称进行划分并编号；建立整车流场模型，并对整车流场模型进行包面、面网格划分、体网格划分、边界条件设置。
本实施例中，整车外流场的尺寸按照风洞尺寸1：1设计，参见图2，图中的L为车长，W为车宽，H为车高。
S2.整车流场模型求解：
设置不同工况下的整车流场分析边界并计算；本实施例中，不同工况包括8%爬坡工况、6%爬坡工况、高速工况（即160kph工况）、怠速工况、120kph工况和135kph工况。
其中：8%爬坡工况中的8%是坡度tanθ=0.08，其中θ为水平面与路面的夹角。8%爬坡工况是指车辆在8%的坡度上爬坡行驶。
S3.关重零部件ANSA网格重构：
从整车流场模型中导出关键零部件的面网格数据，并在ANSA软件中进行面网格重构，得到关重零部件的ANSA重构面网格模型。
S4.关重零部件Taitherm模型设置：
将关重零部件的ANSA重构面网格模型导入Taitherm软件中，在Taitherm软件中设置排气边界（比如：设置排气管内部排气流动即换热）及各零部件厚度、材料属性（参见图3），得到关重零部件Taitherm模型。
S5：STAR-CCM+与Taitherm模型交互耦合：
将步骤S2中各工况的计算结果分别与步骤S4的关重零部件Taitherm模型进行温度场的交互耦合，求解得到各零部件表面温度与对流换热系数。一般在耦合4-5次后，整车温度场计算完毕，零部件温度达到平衡状态，参见图4，展示了电池包表面温度结果。
S6：搭建电池包及内部结构固体传热模型：
建立电池包及内部CAD模型，将电池包及内部CAD模型导入STAR-CCM+软件，在完成进行几何清理、分组、命名、网格划分后，根据工况不同设置电芯发热功率，设置零部件固体材料及属性，得到电池包及内部结构固体传热模型，参见图5。
S7：电池包及内部结构固体传热模型温度场计算：
将步骤S5的电池包表面温度及对流换热系数作为输出边界导入电池包及内部结构固体传热模型，并进行计算。
S8：后处理查看各工况电池包的内部温度：
分析各工况情况下电池包及内部零部件的温度、温差。如图6所示，为一实例的分析结果。
Claims (2)
1.一种评估电池内部温度的耦合分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.建立整车流场模型：
建立整车三维CAD模型，将整车三维CAD模型导入STAR-CCM+软件，在完成几何清理后，根据零部件名称进行划分并编号；建立整车流场模型，并对整车流场模型进行包面、面网格划分、体网格划分、边界条件设置；
S2.整车流场模型求解：
设置不同工况下的整车流场分析边界并计算；
S3.关重零部件ANSA网格重构：
从整车流场模型中导出关键零部件的面网格数据，并在ANSA软件中进行面网格重构，得到关重零部件的ANSA重构面网格模型；
S4.关重零部件Taitherm模型设置：
将关重零部件的ANSA重构面网格模型导入Taitherm软件中，在Taitherm软件中设置排气边界及各零部件厚度、材料属性，得到关重零部件Taitherm模型；
S5：STAR-CCM+与Taitherm模型交互耦合：
将步骤S2中各工况的计算结果分别与步骤S4的关重零部件Taitherm模型进行温度场的交互耦合，求解得到各零部件表面温度与对流换热系数；
S6：搭建电池包及内部结构固体传热模型：
建立电池包及内部CAD模型，将电池包及内部CAD模型导入STAR-CCM+软件，在完成进行几何清理、分组、命名、网格划分后，根据工况不同设置电芯发热功率，设置零部件固体材料及属性，得到电池包及内部结构固体传热模型；
S7：电池包及内部结构固体传热模型温度场计算：
将步骤S5的电池包表面温度及对流换热系数作为输出边界导入电池包及内部结构固体传热模型，并进行计算；
S8：后处理查看各工况电池包的内部温度：
分析各工况情况下电池包及内部零部件的温度、温差。
2.根据权利要求1所述的评估电池内部温度的耦合分析方法，其特征在于：所述步骤S2中，不同工况包括8%爬坡工况、6%爬坡工况、高速工况、怠速工况、120kph工况和135kph工况。
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|---|---|---|---|---|
| CN102034006A (zh) * | 2010-12-16 | 2011-04-27 | 上海奕洁汽车科技有限公司 | 一种基于有限元法的蓄电池热管理分析及优化方法 |
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| Title |
|---|
| 基于CFD的纯电动客车锂离子电池箱散热分析与优化;王福昂等;《储能科学与技术》;20180301(第02期);全文 * |
| 基于STAR-CCM+的电动车液冷动力电池包热管理仿真分析;王恒宇等;《汽车实用技术》;20200715(第13期);全文 * |
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