【摘要】采用1D/3D耦合仿真的权谋对某PHEV车型电池包热经管体例举办了研讨。1D修模门径用于创办电芯的等效电途模子，模子用试验数据标定，能预测电芯的发烧量，

【摘要】采用1D/3D耦合仿真的权谋对某PHEV车型电池包热经管体例举办了研讨。1D修模门径用于创办电芯的等效电途模子，模子用试验数据标定，能预测电芯的发烧量，并为3D仿线D仿真可以计较电芯内部的温度散布，而温度会影响1D等效电途的模子参数，进而影响发烧量，以这种格式创办了仿线D双向耦合。操纵此模子，以一组高温卑劣工况下实测电池电流和电池包进口处冷却液温度为鸿沟条目举办了瞬态剖释，并将冷却液出口水温仿真结果与试验数据举办比拟，结果显示两者均匀误差正在1 ℃以内，显示出较好的预测成绩。研讨结果还显示，电池包外观面氛围对散播递的热量正在总散热量的5%以内，对结果影响不大。研讨阐明1D/3D耦合仿真是新能源车型电池包开荒经过中的有力器械。

序言近年来，对付环球天气变暖以及境况珍爱的合心，引发了人们对付新能源汽车的研讨热中[1-2]。包含纯电动车（BEV）、插电式搀杂动力汽车（PHEV）、增程式搀杂动力车（EREV）和燃料电池汽车（FCV）正在内的新能源汽车，因为其正在经济性和原则哀求等方面的上风，墟市浸透率一贯提升[3-5]。电池包是悉数新能源汽车中的紧张零部件[6-8]，电池包热经管体例也因为与电池的耐久性、安静性及容量亲切合连显得很是紧张。温渡过高有或者惹起电池的热失控，而温渡过低将极大地影响电池容量。

1D与3D仿真是研讨电池包及其热经管体例电-热耦合形势的有力器械，希罕是正在车型开荒的早期阶段，于是，合连学者正在此周围举办了少许研讨使命[11-19]。这些研讨掩盖了分别的电池冷却形式（风冷[11，13，15，18，19]、水冷和相变质料冷却[12]），分别的电池热负荷修模门径（常数模子[17，19]、电化学模子[12，15，16]、等效电途模子[11，13，15]）和分别电池类型（方形电池[12-13]、圆柱形电池[18-19]、模组[12-13]、整包[15]）。少许研讨采用了的确的鸿沟条目并与试验数据举办了比拟[13]。大个人研讨只运用了3D修模的门径，只要少数研讨采用了1D/3D耦合修模的门径[15，18]。

本文针对长安汽车某PHEV车型的电池包（含8个模组，96个电芯）及其热经管体例（水冷形式），采用1D/3D耦合剖释的门径举办了研讨，商量了以下重点：（1）操纵试验数据回归创办电芯的1D等效电途模子，用于计较电芯的正确热负荷，该1D模子斟酌了温度和SOC的影响，计较结果将行为3D仿线）操纵商用CFD软件创办电池包及其热经管体例的3D仿线D等效电途模子举办笼络仿真，稳态计较供应压力、流量等散布，并为后续瞬态计较供应初始条目。（3）正在选定的高温卑劣工况下举办1D/3D耦合的瞬态剖释，计较并商量电芯的温度散布，预测冷却水出口水温并与试验值举办比拟。

正在对电池包及其热经管体例热传达经过的研讨中，电芯热负荷是一个紧张的方面[20-21]。正在以往的研讨中，电芯热负荷重要有3种修模格式，分辩是：常数模子、电化学模子和等效电途模子[22]。常数模子中，电芯内热负荷被以为是空间平均的且不随期间变更，这种模子无法斟酌电芯随工况变更的电流和电压，于是与实践景况有肯定差异。电化学模子是基于电芯内部微观组织举办修模，须要较众合于内部几何细节的参数，模子的预测精度受这些参数影响较大，也须要用试验数据举办验证。而等效电途模子（ECM）是基于搀杂脉冲个性本能弧线（HPPC）或恒放逐电试验数据举办修模的，有较高的预测精度且不须要电芯内部几何细节。本研讨操纵西门子贸易软件Battery Design Studio（BDS），挑选了一阶RCR等效电途模子举办了电芯的修模，修模顶用电芯正在分别温度和SOC状况下的HPPC试验数据回归了模子参数，因此模子斟酌了这两个参数的影响[23]。图1比拟了电芯电压的预测值和试验值，可能看到R2=0.991，显示出等效电途模子很好的预测本能，此1D模子的参数将被传达到STARCCM+中，用于3D CFD模仿中电芯热负荷的计较。

本研讨操纵长安汽车某PHEV车型的CAD数模，创办了电池包及其热经管体例的3D CFD模子，模子包含电芯、模组外壳、氛围域、水冷板、冷却水流道和电池包外壳等几个个人。图2揭示的模子中界说了包含氛围、冷却水、固体和电芯正在内的4种质料，包括了2 246个部件和3 089万个网格。

操纵此3D模子首前辈行了稳态仿真，取得的流场将行为后续瞬态流-固耦合剖释的初始条目。图3是管途、水冷板中冷却水压力散布的景况。稳态剖释同时显示出通过分别模组的冷却水流量的非平均性，这提示了后续通过纠正流量平均性来擢升电池温度平均性的或者性。

正在一个选定的高温卑劣工况（40 ℃急加缓减）下，操纵创办的1D-3D耦合模子举办瞬态剖释。正在此工况下电芯的生热量较高，于是限度电芯的温度和散布平均性都显得较为紧张。操纵所创办的1D等效电途模子，可能将随期间变更的电池电流和热负荷斟酌正在内。图4是从车载RMS中提取出的电池电流试验弧线，将用作瞬态剖释的鸿沟条目。

图4 车载RMS中提取的电池电流试验弧线D耦合剖释是正在贸易CFD软件STARCCM+ 13.06.011中举办的，利用了300个管制器并行计较。正在所研讨的工况下，流场正在全数经过中变更很小而温度场变更很大，为了减小计较量，将稳态模仿中的流场用于瞬态剖释并“冻结”起来，计较期间将大大减小。西门子BDS软件中的1D等效电途参数以数据文献的局面传输到STAR-CCM+中，之后的全数剖释都正在STAR-CCM+中落成。正在每一个期间步内，1D等效电途模子将计较出的热负荷传达给3D流场，同时3D仿真将电芯上每个点的温度反应给1D模子用于确定该温度下的模子参数，以这种格式1D-3D的双向耦合剖释得以告终。图5揭示了电芯温度散布的仿真结果，从中可能计较出电芯之间的最大温差，这对电池寿命有很大影响。正在此算例中，当模子运转到900 s时，电芯温度散布正在35～40 ℃之间，电池最大温差正在5 ℃驾御。

为了量化模子的计较精度，将电池包冷却水出口水温的预测值与试验值举办了比拟，如图6所示。出口水温入手一段与试验值有较大误差，这是由于模子的初始温度设为平均散布，和实践景况有所区别。而当活动和传热抵达安定后，水温的预测值和试验值的均匀误差正在1 ℃以内，显示出较好的预测性。

从仿真结果中还创造，电池的热量重要由冷却水带走，经由氛围散失的热量只占总散热量的5%以下，对总体结果影响很小。这也阐明之前所做的假设，即将电池包外围风速设备为常数，是合理的。本文创办了电池包及其热经管体例的1D/3D耦合剖释模子，并将其运用正在长安某款PHEV车型的电池包（含8个模组，96个电芯）之中，举办了稳态和瞬态模仿剖释，取得了以下结论：（1）电芯的电-热本能用1D等效电途模子举办修模描写，模子参数用HPPC试验数据拟合取得，与试验数据的比拟显示1D模子具有杰出的预测本能（R2=0.991）。（2）操纵CFD软件STAR-CCM+对电池包及其热经管体例举办了三维修模，稳态模仿结果为后续瞬态模仿供应了初始条目，而且提示了通过纠正流量平均性来纠正电芯温度散布平均性的或者性。（3）操纵此1D-3D耦合模子，正在选定的高温卑劣工况下对电池包冷却成绩举办模仿仿真，出于对电池寿命的珍视，操纵仿真对电芯的温差举办考查，与试验结果的比拟显示出口水温的预测值偏差正在1 ℃以内，预测成绩较好。（4）通过氛围的散热占总散热量的比例正在5%以内，与冷却水带走的热量比拟，对最终剖释结果影响很小。上述结论阐明1D/3D耦合剖释门径正在电池热经管体例修模剖释的经过中，越发是早期开荒阶段有很紧张的效力。