動力電池模組溫度場模擬研究現(xiàn)狀分析概述1.1不同結(jié)構(gòu)型式電池模組的溫度場模擬研究（1）軟包電池本文使用建模軟件構(gòu)建了軟包鋰電池幾何模型，電池模型及尺寸如圖3,為方便仿真計算，對軟包鋰離子電池單體模型進(jìn)行了簡化，忽略電池內(nèi)部各構(gòu)件的層疊結(jié)構(gòu)，將電池內(nèi)部構(gòu)造看做是均勻致的，有利于單體模型的建立和降低網(wǎng)格數(shù)量，從而提高仿真計算速度。（a）電池單體模型（b）幾何尺寸圖3電池單體幾何模型及尺寸在CATIA建模軟件中搭建軟包電池的幾何模型之后，將模型導(dǎo)入到ANSA前處理軟件中，利用ANSA對幾何模型進(jìn)行幾何前處理和網(wǎng)格劃分。由于軟包鋰電池單體幾何模型結(jié)構(gòu)規(guī)則，使用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對電池單體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格模型如圖4:圖4電池網(wǎng)格劃分溫度場仿真結(jié)果與實驗結(jié)果對比驗證：仿真方法分為穩(wěn)態(tài)仿真和瞬態(tài)仿真兩種，如果對電池放電過程進(jìn)行穩(wěn)態(tài)仿真，則只能獲得電池單體最終穩(wěn)態(tài)時的溫度場，對電池放電過程進(jìn)行瞬態(tài)仿真既可以獲得電池放電結(jié)束時刻電池溫度場又可以獲得放電過程中溫度場變化，采用瞬態(tài)仿真方法對單體放電過程進(jìn)行仿真分析，選擇電池中間點為測點記錄放電過程中溫度變化，仿真數(shù)據(jù)采集間隔與實驗數(shù)據(jù)采集間隔一致為1S。將電池單體放電過程中溫度場變化與實驗結(jié)果進(jìn)行對比，單體溫度場仿真數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)對比曲線如圖5所示[22]:圖51C放電倍率下溫升對比（2）圓柱形電芯電池模組的溫度場仿真基于計算機(jī)運(yùn)行速度和成本的考慮，本章只選擇少量的單體電池進(jìn)行研究，即以18個18650圓柱型鋰離子動力電池組成的電池模組為研究對象，對其進(jìn)行溫度場和速度場分析，電池模組內(nèi)單體電池以6*3的形式排列。圖6電池模組的三維幾何模型圖將三維制圖軟件Solidworks中建立的電池模組幾何模型導(dǎo)入到ANSYS中用workbench進(jìn)行前處理。電池模組結(jié)構(gòu)模型規(guī)整，在劃分計算網(wǎng)格前，為保證模型的網(wǎng)格質(zhì)量，提高溫度場仿真計算的速度與精度，需要延長計算域中進(jìn)出風(fēng)口的長度。同時，整個幾何模型采用四面體網(wǎng)格劃分，劃分完成后需要對電池模組各單體電池進(jìn)行網(wǎng)格加密處理。由于電池模組和計算域為軸對稱結(jié)構(gòu)，為了節(jié)約計算時間，本章以模型中的x-Z面為對稱面，將計算域截取為兩部分，只取其中的一半做仿真分析。電池模組幾何模型劃分的網(wǎng)格數(shù)量為541079,節(jié)點數(shù)量為115428,生成的計算域網(wǎng)格模型的網(wǎng)格模型如圖7所示:圖7計算域網(wǎng)格劃分仿真完成后，在Fluent仿真軟件中對計算結(jié)果進(jìn)行后處理，得到電池模組溫度云圖如圖8所示。從溫度云圖可以看出，在動力電池模組以2C倍率放電的過程中，向電池模組內(nèi)通入風(fēng)速為4m/s的冷卻空氣時，電池模組內(nèi)的單體電池均出現(xiàn)了不同程度的溫升，其中，模組內(nèi)的最高溫度出現(xiàn)在從左至右第五列的電池頂部區(qū)域，最高溫度為53.3℃;而模組內(nèi)的最低溫度出現(xiàn)在離進(jìn)風(fēng)口最近的電池底部區(qū)域，最低溫度為40.1℃，電池單體的最大溫差達(dá)到了13.2℃.隨著冷卻空氣的流動，從進(jìn)風(fēng)口到出風(fēng)口，單體電池的最高溫度逐漸提高，直到接近電池模組出風(fēng)口，溫升情況才明顯下降[23]。圖8電池模組溫度云圖（3）方形電芯電池模組的溫度場仿真應(yīng)用于電動汽車作為動力源的鋰離子電池大多數(shù)是以電池包的形式工作的，電池包由多個電池模組組成，電池模組又是由多個單體電池以定的數(shù)量和排列方式構(gòu)成的。本文在綜合考慮電動汽車在行駛中的動力需求、電池包占用空間大小以及電池模組散熱能力后，確定了先4并后3串的成組方式，共12塊單體電池組成電池模組。簡化后的模型鋰離子電池模組自然對流換熱的幾何模型如圖9所示。圖9鋰離子電池模組幾何模型圖10鋰離子電池模組網(wǎng)格劃分鋰離子電池模組的工作環(huán)境溫度設(shè)定為25℃，得到對應(yīng)環(huán)境溫度下以2C倍率放電的電池模組溫度場仿真結(jié)果，圖中分別列出了放電結(jié)束時的電池模組溫升云圖和電池模組橫向和縱向的溫度分布截圖[2]。從整體溫升云圖來看，電池模組溫度分布為中心溫度最高，且隨著放電信率的增加，中心高溫區(qū)的面積增大，越靠近模組邊緣溫度越低，正負(fù)極區(qū)域溫度較低，最低溫度出現(xiàn)在模組最外側(cè)兩塊單體電池的極耳處:從電池模組內(nèi)部溫度場藏圖來看，模組內(nèi)部中心溫度最高，溫度由模組中心向邊緣遞減，最低溫度出現(xiàn)在模組橫向最外側(cè)的兩塊單體電池外表面。圖1125℃2C放電倍率下電池模組整體及截面分布1.2不同工況下電池模組的溫度場模擬研究閱讀文獻(xiàn)后總結(jié)發(fā)現(xiàn)，研究不同行駛車速電池的放電倍率對電池模組溫升的影響較多，行駛車速越快，電池放電倍率越大，電池模組溫度越高，溫差越大。還有研究環(huán)境溫度和道路坡對電池模組溫升的影響，在環(huán)境溫度為20℃-30℃時，電池模組可持續(xù)工作時間最長，因此可判斷這是電池模組工作溫度的最佳溫度；對于道路坡度對電池模組的溫升影響，李仲興等[25]仿真結(jié)果是：坡度越小，電池模