锂离子电池已成为引领下一轮轿车革新的最合适的挑选，其功率密度、高能量和封装功率是首要的参阅要素。电池的动态运转和作业环境导致电池热办理是影响电池作业的首要要素。别离对不含和含冷却办理的电池体系进行了规划和仿线V的无冷却电池体系，全体尺度1550×1190×270mm，重量400kg。成果表明：温度散布高于电池的最佳功能温度规模(25-55℃)。考虑余热的耗散和电池温度散布的均匀性，在体系中增加了冷却体系。运用含40%乙二醇水溶液对电池进行散热，电池体系安稳功率输入1868W，冷却液温度24℃，进口流量352kg/h。成果表明：冷却液温度低于46℃，电池温度低于50℃；剖析并验证冷却液的压降，对电池冷却体系遍地的温度进行比照剖析。

  锂离子电池由正极、负极和电解质组成，在充电过程中电子从正（阳极）移动到负（阴极）电极，反之亦然。与其他电池技能比较，锂离子电池的优势在于其体积和质量-能量密度。该特性使锂离子电池对不同运用范畴十分有吸引力，尤其是在能量密度至关重要的轿车行业。锂电池有三种不同的形状，即圆柱形，棱形，及袋状。

  变熵电化学反响和变电流电阻热在电池充电和放电过程中发生的热量。在不运用冷却体系的状况下，放电过程中发生的热量进入电池。一旦找到了热发生和热传递速率，t就能够在每个时步中核算，如下式：

  锂离子电池的功能很大程度上取决于电池的温度。锂离子电池的最佳作业温度为25 ~ 55℃，在此规模之外将对电池的功能和寿数发生负面影响

  当电池温度超越必定极限时，就会发生一系列的放热反响，然后进一步进步温度。链式反响会继续下去，导致热失控。如图1所示，热失控过程中发生的很多热量和气领会导致火灾和爆破。热失控可由高温、过充、短路、钉穿等多种原因引起，剖析由过热引起的爆破。当SEI(固体电解质界面)分化时，热失控在大约80℃开端，SEI是负极和液体电解质之间的保护层。跟着SEI的损坏，电解质和电极将在100℃左右开端反响，放出很多的热进一步进步温度。在130℃时，阳极和阴极之间的别离器熔化并导致内部短路。在200℃时，链式反响开端首要是锂金属氧化物，然后电解液与氧气反响并分化。

  如前所述，不合适的电池温度会对电池的功能、寿数和安全性发生负面影响。因而，每个电池体系都需求进行热办理（BTMS）。BTMS的首要是将电池坚持在最佳温度规模内，并坚持电池包的温度均匀性。在此之后，还必须依据电池组的运用状况考虑重量、尺度、可靠性和本钱等其他要素。本文选用直接液冷法，掩盖整个电池外表确保冷却的均匀性，该办法消除了电池中的热门/冷点然后进步了电池的功能。冷却剂的挑选要求低粘度、高导热系数和高比热容。

  冷却剂流量设置为所需的最小值，以坚持进口和出口之间的总冷却液温差等于5℃。冷却剂质量流量如下式所示：

  Q表明每个单元发生的热量，ρ和Cp别离是冷却剂的密度和热容。∆T设为5℃，

  选用商业核算流体动力学(CFD)软件STAR-CCM+进行数值模仿。接连性、动量和能量的操控方程别离如下式所示：

  为了模仿冷却剂的活动，选用了规范k-Epsilon模型，具有鲁棒性和安稳性。除了守恒方程之外，还求解了双输运方程(PDEs)，该方程解说了湍流能量的对流和分散等效应。这两个传输变量别离是湍动能k和湍耗散率ε。

  k-ε模型如下式所示，其依赖于自在剪切运动，如具有相对较小的压力梯度的活动。

  其间，Prt表明湍流普朗特数，gi是引力矢量在第i个方向上的重量。关于规范模型和可完成模型，Prt的默认值是0.85。

  Wall Y+方程，紊流模型k-ε仅限于大雷诺数和均匀的紊流，不适用于粘性效应占主导地位的壁面邻近。Y+核算如式所示：

  其间，Ur表明冲突速度，（m/s）；yp表明第一层网格到壁面的间隔；v表明动力粘度（m2/s）。电池冷却剂的活动模型选用k-Epsilon湍流模型。

  电池组由多个相同的电池，BMS电流收集器，电池支架，冷却板，接线盒，和顶部和底部电池盖组成。所述单元能够装备为串联、并联或两者混合以运送所需电压和容量。仿线 电池模型拆解图

  袋状电池由薄铝箔制成并包裹在聚合物层中；电池模块由多个袋状电池堆叠成外壳；热冷却泡沫垫沿外壳张贴确保结构的安稳和散热；增加塑料结构确保标签别离避免短路。电池办理体系由微处理器和塑料芯片组成；NVH泡沫被用作结构构件按捺来自包装的噪声和振荡。电池冷却体系在给定泵送功率下优化冷却流路，并按要求坚持电池温度。母线和其他载流元件一般由铝制成，由于铝具有优秀的导电性。ABS，丙烯酸和塑料用于连接器和各种组件的掩盖物。表3解说电池组的电池标准。

  其间，A表明冷却通道的面积（m2）；M表明冷却剂质量流量（kg/s）；V表明冷却剂速度（m/s）；ρ表明冷却剂密度（kg/m3）。

  选用STAR-CCM+网格区分生成多面体网格，关于流体域，首要进行网格细化一起确认冷却管壁上的边界层。固体域的根底尺度为5mm，流体域的根底尺度为4mm。根据y+目标值1，体积增长率设置为1.2，边界层厚度设置为0.5 mm。此外，进行网格无关性验证，三种网格数量别离增加了25%，确认网格数量为1000万个。体网格如图5所示。

  物理接连体是一个由数值规律和模型操控的环境，这些规律和模型将运用于咱们模型的一个或几个范畴。能够是气体、流体或固体，为每个固体和流体组件设置了物理。流体域选用阻隔绝热K-Epsilon湍流壁函数模型，外固体外表考虑对流。与环境换热系数为10W/m2·K，固体部分的环境温度为300K。体系的边界条件为冷却剂进口质量流量352kg/h和温度24℃。收敛系数满意质量流量、温度和压力等一切要素。表5描绘了接连体设置。

  表6表明11种不同模仿的DOE矩阵，一种模仿是没有冷却体系，四种模仿是有液冷(2个进气口和2个出口)，最终一类是有冷却(1个进气口和1个出口)。对电池体系进行了三种不同类别的模仿。

  图6为无冷却体系的CAD模型。在不考虑冷却剂活动的状况下进行了模仿，外罩对流速率为10w/m2·k，环境温度为27℃。

  没有热办理体系的电池体系的成果，图7表明无冷却体系的温度散布；图8是截面温度散布；图9是图7为电池各部件的温度曲线图。能够看到内部部件的温度值超越了100℃；图10是各部件的最大温度图。

  对冷却剂和固体别离设置各自的热特性和固体组分。电池运用的资料是铝、铝合金、热塑性塑料、导热润滑脂、NVH泡沫和40%乙二醇溶液作为冷却剂。对体系进行仿线出口)的温度均匀性优于其他状况，case 2中各部件的最高温度较低，首要是冷却剂带走了更多的热量。case2的压降为48.1mbar，这是由于经过冷却体系的流道形成的。

  从图中能够看出，case 8(1号管道进口和4号管道出口)的温度均匀性较好。由于电池体系的冷却剂传递了更多的能量，外壳8的电池部件温度最低

  对不同电池装备进行了规划和三维仿真。没有冷却体系的电池体系导致其部件温度较高(高于120℃)，然后导致体系故障。I型和II型冷却体系装备在最佳电池温度规模内运转(25-55℃)。I型(多进出水口)比II型(单进出水口)装备更好、更高效。考虑到电池的产热和温度均匀性，从冷却矩阵中挑选case2(1&2个进口，3&4个出口)作为最佳装备。case2的压降为48.1mbar，电池部件中最低温度(34.55℃)。

  为了完成电动轿车电池包的冷却功能和本钱效益，热办理和冷却体系类型的挑选是十分重要的。电池体系的冷却涉及到冷却方法、冷却体系的规划、电池冷却体系的进、出口等几个要素。在本文中，电池热办理体系挑选了液冷方法。没有挑选风冷方法，由于风冷体系的传热系数比液冷要低，且空气的热容量小，很难坚持包内的温度均匀。挑选40/60份额的水和乙二醇混合物用于直接冷却体系，由于它在车辆运用中具有较低的冻住温度。水/乙二醇具有较高的热容量，因而选用水/乙二醇作为传热流体能够大大减小体系内部冷却液的温度改变，一起也能够到达温度均匀性。