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作者：朱古力，仿真秀专栏作者
对于电动汽车而言，如何精确控制电池温度是电池热管理系统设计的重要指标。过高或者过低的温度均会对电池产生不良影响：过高的电池温度会缩短电池寿命，过低的电池温度会降低电池活性，电池无法快速充放电。在进行热管理设计时，无法避免的两个课题是：
- 电池温度是否合理
- 电芯温差是否合理
为了解决这两个问题，首先需要分析电池本身的结构设计是否合理，如水冷板结构、电池模组布置方案，然后进行外围系统的设计，这时需要考虑电池包所需要的冷却液流量、温度和控制策略。为了开发、评估和优化设计方案，缩减开发时间，降低开发成本，电池热管理CFD仿真分析贯穿整个产品开发周期。本文将分析基于STARCCM+仿真的液冷电池包热管理应用，重点阐述在热管理仿真分析过程中需要注意关键点，旨在帮助大家更好分析问题。STARCCM+以效率高、收敛好、集成度高等特点广泛应用于汽车行业，仿真工作流程，运用starccm+进行电池热管理仿真分析时，工程师需要注意的地方或者说可能存在一些难点有这几点：
1、建模方法；
2、表面修复；
3、网格设计；
4、工况仿真分析；
5、热管理控制策略实现。授之以鱼不如授之以渔，下面将对上述几点进行解释和说明。
一、建模方法
从结构工程师取得电池包模型是不能直接拿来用的，需要对几何模型进行处理，包括几何模型简化和流道抽取两个部分。
1、几何简化
几何模型简化是否合理直接影响到计算量大小以及模型计算精度，具体模型简化复杂程度，需根据分析目的、热管理方案、计算资源、任务周期等综合考虑。一般简化规则为：根据分析目的，尽可能保留对传热影响较大的零部件和特征，忽略对传热影响较小的零部件和特征。总结以下几点供参考:
- 对自然冷却电池包，需考虑空气传热影响，保留箱体、电池模组结构等；
- 对水冷电池包，可忽略空气影响（根据项目周期、开发阶段、计算资源等综合考虑），仅保留冷却系统和电池模组结构；
- 去掉螺栓、连接件、线束等对传热影响较小的零部件；
- 对圆角、螺栓孔等细节特征进行简化处理；
- 对于完全对称模型可考虑对称建模。
2、流道抽取
STARCCM+在仿真分析时保留流体域，需对水冷系统进行流道抽取，流道抽取方法很多，简单流道可直接在STARCCM+进行抽取，复杂流道建议在Catia、Proe或者SCDM软件进行抽取。流道几何模型处理几点建议：
- 去掉固定连接组件、底部泡棉支撑等对传热影响较小部件；
- 抽取内部流道，保留冷却板或口琴管厚度和管路内径，对管道变径、局部弯头等细节特征尽可能保留，忽略进出水口管、集流管管壁厚度；
- 去掉水冷板内部对体网格质量影响较大的尖角、圆弧面等细节特征。
二、表面修复
划分网格之前，需对几何表面进行检查（surface repair），不少工程师都会遇到或多或少的模型表面错误（穿刺、自由边、压缩边等），一些工程师可能和我一样曾经会困惑如何处理？若表面修复后发现穿刺、自由边等问题成千上百甚至更多，这时候应回到CAD软件里检查整个模型，是否存在干涉和其他等问题；若表面修复问题比较少，则通过表面修复的主界面操作命令进行修复。
三、网格设计
仿真结果是否准确很大程度上取决于网格设计、网格质量。在划分网格前，需对几何模型进行评估，选取网格类型、网格尺寸、关键区域加密等。
STRACCM+高效的重要原因就是前处理与后处理高度集成，在软件里完成网格设置和网格划分，当然也可以在前处理软件（hypermesh、ansa）里进行面网格划分，然后导入STARCCM+进行体网格划分。
个人推荐在STARCCM+进行几何模型网格划分，提高仿真工作效率。网格设置可基于Parts的网格划分，可基于Region的网格划分；网格类型可分为多面体、四面体、切割体、棱柱层、薄壁（thin）网格等，不同的网格类型的特征和适用范围不同。
四面体网格易浪费，收敛慢；多面体网格比四面体网格计算精确，收敛快，在不同区域的交界面上形成正交的网格，适用于传热、旋流、复杂流动等；切割体网格比多面体网格需求的内存少，不同区域的交界面上不能形成共形网格，适用于电子散热、外部流动；thin网格用于体积较薄的区域（例如导热垫、隔热垫、钣金件等等），通常和多面体网格组合使用。此外，考虑传热计算精确度，网格划分时需要考虑交界面处网格共形与非共形。
四、工况仿真分析
Starccm+进行电池包热管理仿真分析分为纯流动计算（稳态计算）、电芯生热计算和流热耦合计算。
流场分析在电池冷却系统设计过程中，对冷却系统进行流场分析，得到在不同流量下冷却系统的流阻特性、流量分配等信息，用以初步评估冷却系统冷却均匀性，并为水泵选型和匹配作参考。流场分析结果取决于流道抽取模型处理的准确度。
热仿真分析依据整车性能工况输入，分为放电工况分析（行车工况、爬坡工况、NEDC工况等等）和充电工况分析（高温快充、常温快充、低温快充、低温慢充）。例如分析高温高速工况（极限工况），即对电池在高温状态下工作进行仿真模拟，评估冷却系统性能，以及电池最高温、温差等指标。
充电工况包括高温快充、常温快充、低温快充、低温慢充等，主要用于评估在不同温环境条件下，电池的充电特性以及温度、温差等热管理指标。
仿真结果是否准确取决于工程师是否理解所分析工况、电芯发热量计算、模型建立、网格划分、边界条件等因素。根据设计目标，对应如下评价指标对仿真计算结果进行评价，评估热管理系统设计可行性，并指导热管理系统方案设计和优化。
五、热管理控制策略实现
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基于STAR-CCM+电池热管理CFD分析关键点
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