ANSYS电池包散热仿真解决方案

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电池包作为电动汽车上装载有电池组的主要储能元件，是电动汽车的关键部件，直接影响到电动汽车的性能。

锂离子动力电池因其优异的功率输出特性和长寿命等优点,目前在电动汽车电池包中得到良好应用。但锂离子

动力电池的性能对温度变化较敏感,特别是车辆上运用的大容量、高功率锂离子电池。

当车辆在高速、低速、加速、减速等交替变换的不同行驶状况下运行时，电池会以不同倍率放电，以不同生

热速率产生大量热量，加上时间累积以及空间影响会产生不均匀热量聚集，从而导致电池组运行环境温度复

杂多变，增加了电池包中各单体之间的温度不均衡，加剧各电池模块、单体内阻和容量不一致性。如果长时

间积累，会造成部分电池过充电和过放电，进而影响电池的寿命与性能，并造成安全隐患。如果电动汽车电

池组在高温下得不到及时通风散热，将会导致电池组系统温度过高或温度分布不均匀,最终将降低电池充放电

循环效率,影响电池的功率和能量发挥,严重时还将导致热失控,影响电池的安全性与可靠性；再者在低温下，电

池内部的电化学反应由于受温度影响也不能够正常运行，需要对电池包进行加热。因此为了使电池包发挥最佳

性能和寿命，需要优化电池包的结构，对它进行热管理，增加散热加热设施，控制电池运行的温度环境。

ANSYS提供了强大的流体、热仿真解决方案。ANSYS Fluent作为全球应用最为广泛的计算流体动力学软件，不

仅能对各种流体介质的流动特性进行准确的仿真模拟，同时还提供四种成熟的电池模型，可以对各种化学电池的

电极-电池-电池包进行不同尺度的仿真。ANSYS Fluent中的电池模型可以分析单体中复杂的电势/电流分布、电化

学热源等现象，并借此模拟电池中的热分布，求解出来的电池单体内部发热的详细情况和温度的分布和物理实验

的结果非常接近。
 
ANSYS仿真方案技术优势：

1） .完善的功能：可仿真电池的力学、电气、热性能及多场耦合问题

2） 全尺度仿真：可仿真极片、单体、电池组、电池包级别的问题

3） 参数化仿真：仿真边界条件参数化，提高仿真效率
 
ANSYS Fluent电池热仿真分析解决方案介绍

1） ANSYS Fluent中的电池模型可以将电池描述为等效电路，既方便进行单体电池的放电过程及发热分析，也方

便分析电池在使用过程中的电路设计等。

图1 利用Fluent电池等效电路模型对脉冲放电过程分析
 

2)ANSYS Fluent中的电池模型可以详细考虑电极内固体颗粒形状、密度等细节，对电池内部离子浓度在放电过程

中的变化进行研究，同时也可以分析颗粒形状、密度等对电池整体放电及发热行为的影响。
 

图2  利用Fluent电池模型对电极颗粒级别离子转移过程分析

3） ANSYS Fluent中的电池模型可以分析电池内部出现短路状态的放电及发热过程，评估电池的热安全型。
 

图3 利用Fluent电池模型对电池内部短路后的放电发热过程

4)ANSYS Fluent还提供成熟的流动、传热、湍流模型，可以对复杂的电池内部传热过程、电池壳体的传

热、电池配套的散热设计进行分析。

  图4 利用Fluent对电池包的散热设计进行分析

5） ANSYS Fluent提供成熟的湍流模型，对电解液流道的特性进行仿真模拟和优化。
 

图5 无凹槽（左图）和有凹槽（有图）时电池入口放大图