浸没式液冷冷却的锂电池仿真 浸没式液冷液

摘要

锂离子动力电池的能量密度较高，且具有长循环寿命特点，因而在电动汽车储能系统中得到了广泛应用。电池冷却技术包括空气冷却、液体冷却、相变材料冷却以及浸没式冷却，以下应用1D浸没式电池冷却瞬态仿真模型进行DOE分析。主要体现一维仿真分析在概念项目前期阶段的其建模及仿真计算的高效性，与三维计算可有效的减少建模和仿真的时间，且其准确性与三维仿真一致。

模型介绍

电池冷却技术包括空气冷却、液体冷却、相变介质冷却，本次对浸没式冷却进行相关仿真分析。

浸没式冷却指电池组与冷却液体直接接触，通过将电池模块沉浸到液体中，令液体对电池组所产生的热量进行无差别吸收以达到物理降温的效果。其冷却方式有以下几点优点：具有较高的传热性能和温度均匀性、延长电池寿命、热失控保护以及快速充电。

建模流程

几何准备和模型建立

在SpaceClaim中进行几何处理，划分流体域及电池单体，其电池浸没在绝缘流体中，电极直接与空气接触进行空气冷却。绝缘流体从电池底部流到电池顶部，其流体域的隔板位置为了更好的冷却性能，使得电池均匀换热。在GME3D中完成几何模型简化，离散模型。

完成模型离散后，在GT-SUITE中进行建模，其中包括两个流体域（电极空气冷却、电池缘流体冷却）。在流体域中完成其流道隔板的等效，可简单等效其流动及对流换热。

电池工况

建立电池模型，模型放电曲线与放电倍率都是恒定的，见下图。完成电池热管理模型建模，并进行模型校准。电池的初始状态如下：

1.Initial SOC=1

2.Discharge Rate=3C

3.Initial Temperature=25 ℃

4.Current=60A

5.Capacity of cell=20Ah

结果校准

3C放电工况1D仿真结果与实验/ 3D CFD结果吻合较好，及其温度梯度与3D CFD计算结果相接近，其计算结果与3D CFD计算的误差最大在8%，其结果相关性较好。

不同绝缘冷却液流速电池温度分布

在3C放电工况下，电池在不同冷却液流速放电终了其电池内部的温度分布情况：

电池在相同放电工况下，其冷却剂流量对其温度影响见上图，在不同流量下都能看出最高温度发生在电池右上方。

不同空气流速下电极温度分布

考虑冷却剂流量恒定为1.54g / s，考察了不同风速下空气对电极的冷却效果。

不同放电深度下冷却剂流量对电池的影响

不同放电深度下的电池最高温度的变化见下图，通过优化计算选择满足要求的冷却剂流量。

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