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作者：朱古力，仿真秀專欄作者
對于電動汽車而言，如何精确控制電池溫度是電池熱管理系統設計的重要名額。過高或者過低的溫度均會對電池産生不良影響：過高的電池溫度會縮短電池壽命，過低的電池溫度會降低電池活性，電池無法快速充放電。在進行熱管理設計時，無法避免的兩個課題是：
- 電池溫度是否合理
- 電芯溫差是否合理
為了解決這兩個問題，首先需要分析電池本身的結構設計是否合理，如水冷闆結構、電池模組布置方案，然後進行外圍系統的設計，這時需要考慮電池包所需要的冷卻液流量、溫度和控制政策。為了開發、評估和優化設計方案，縮減開發時間，降低開發成本，電池熱管理CFD仿真分析貫穿整個産品開發周期。本文将分析基于STARCCM+仿真的液冷電池包熱管理應用，重點闡述在熱管理仿真分析過程中需要注意關鍵點，旨在幫助大家更好分析問題。STARCCM+以效率高、收斂好、內建度高等特點廣泛應用于汽車行業，仿真工作流程，運用starccm+進行電池熱管理仿真分析時，工程師需要注意的地方或者說可能存在一些難點有這幾點：
1、模組化方法；
2、表面修複；
3、網格設計；
4、工況仿真分析；
5、熱管理控制政策實作。授之以魚不如授之以漁，下面将對上述幾點進行解釋和說明。
一、模組化方法
從結構工程師取得電池包模型是不能直接拿來用的，需要對幾何模型進行處理，包括幾何模型簡化和流道抽取兩個部分。
1、幾何簡化
幾何模型簡化是否合理直接影響到計算量大小以及模型計算精度，具體模型簡化複雜程度，需根據分析目的、熱管理方案、計算資源、任務周期等綜合考慮。一般簡化規則為：根據分析目的，盡可能保留對傳熱影響較大的零部件和特征，忽略對傳熱影響較小的零部件和特征。總結以下幾點供參考:
- 對自然冷卻電池包，需考慮空氣傳熱影響，保留箱體、電池模組結構等；
- 對水冷電池包，可忽略空氣影響（根據項目周期、開發階段、計算資源等綜合考慮），僅保留冷卻系統和電池模組結構；
- 去掉螺栓、連接配接件、線束等對傳熱影響較小的零部件；
- 對圓角、螺栓孔等細節特征進行簡化處理；
- 對于完全對稱模型可考慮對稱模組化。
2、流道抽取
STARCCM+在仿真分析時保留流體域，需對水冷系統進行流道抽取，流道抽取方法很多，簡單流道可直接在STARCCM+進行抽取，複雜流道建議在Catia、Proe或者SCDM軟體進行抽取。流道幾何模型處理幾點建議：
- 去掉固定連接配接元件、底部泡棉支撐等對傳熱影響較小部件；
- 抽取内部流道，保留冷卻闆或口琴管厚度和管路内徑，對管道變徑、局部彎頭等細節特征盡可能保留，忽略進出水口管、集流管管壁厚度；
- 去掉水冷闆内部對體網格品質影響較大的尖角、圓弧面等細節特征。
二、表面修複
劃分網格之前，需對幾何表面進行檢查（surface repair），不少工程師都會遇到或多或少的模型表面錯誤（穿刺、自由邊、壓縮邊等），一些工程師可能和我一樣曾經會困惑如何處理？若表面修複後發現穿刺、自由邊等問題成千上百甚至更多，這時候應回到CAD軟體裡檢查整個模型，是否存在幹涉和其他等問題；若表面修複問題比較少，則通過表面修複的主界面操作指令進行修複。
三、網格設計
仿真結果是否準确很大程度上取決于網格設計、網格品質。在劃分網格前，需對幾何模型進行評估，選取網格類型、網格尺寸、關鍵區域加密等。
STRACCM+高效的重要原因就是前處理與後處理高度內建，在軟體裡完成網格設定和網格劃分，當然也可以在前處理軟體（hypermesh、ansa）裡進行面網格劃分，然後導入STARCCM+進行體網格劃分。
個人推薦在STARCCM+進行幾何模型網格劃分，提高仿真工作效率。網格設定可基于Parts的網格劃分，可基于Region的網格劃分；網格類型可分為多面體、四面體、切割體、棱柱層、薄壁（thin）網格等，不同的網格類型的特征和适用範圍不同。
四面體網格易浪費，收斂慢；多面體網格比四面體網格計算精确，收斂快，在不同區域的交界面上形成正交的網格，适用于傳熱、旋流、複雜流動等；切割體網格比多面體網格需求的記憶體少，不同區域的交界面上不能形成共形網格，适用于電子散熱、外部流動；thin網格用于體積較薄的區域（例如導熱墊、隔熱墊、钣金件等等），通常和多面體網格組合使用。此外，考慮傳熱計算精确度，網格劃分時需要考慮交界面處網格共形與非共形。
四、工況仿真分析
Starccm+進行電池包熱管理仿真分析分為純流動計算（穩态計算）、電芯生熱計算和流熱耦合計算。
流場分析在電池冷卻系統設計過程中，對冷卻系統進行流場分析，得到在不同流量下冷卻系統的流阻特性、流量配置設定等資訊，用以初步評估冷卻系統冷卻均勻性，并為水泵選型和比對作參考。流場分析結果取決于流道抽取模型處理的準确度。
熱仿真分析依據整車性能工況輸入，分為放電工況分析（行車工況、爬坡工況、NEDC工況等等）和充電工況分析（高溫快充、常溫快充、低溫快充、低溫慢充）。例如分析高溫高速工況（極限工況），即對電池在高溫狀态下工作進行仿真模拟，評估冷卻系統性能，以及電池最高溫、溫差等名額。
充電工況包括高溫快充、常溫快充、低溫快充、低溫慢充等，主要用于評估在不同溫環境條件下，電池的充電特性以及溫度、溫差等熱管理名額。
仿真結果是否準确取決于工程師是否了解所分析工況、電芯發熱量計算、模型建立、網格劃分、邊界條件等因素。根據設計目标，對應如下評價名額對仿真計算結果進行評價，評估熱管理系統設計可行性，并指導熱管理系統方案設計和優化。
五、熱管理控制政策實作
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基于STAR-CCM+電池熱管理CFD分析關鍵點
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