秦 凱，李 想，陳 龍

(武漢理工大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430070)

基于FLUENT的鋰電池溫度場(chǎng)動(dòng)態(tài)仿真研究

秦 凱，李 想，陳 龍

(武漢理工大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430070)

針對(duì)電動(dòng)汽車磷酸鐵鋰電池在高溫環(huán)境下壽命短、安全性能低的問(wèn)題，為了保證其工作在合適的溫度范圍，開(kāi)展了動(dòng)力電池冷卻方案的動(dòng)態(tài)仿真研究。運(yùn)用FLUENT軟件建立了電池-管道流固耦合模型，仿真計(jì)算了不同水流速度和溫度對(duì)電池的冷卻情況，然后運(yùn)用FLUENT中UDF設(shè)置冷卻管道入口水的溫度，把實(shí)時(shí)電池溫度作為反饋條件來(lái)控制管道中水的溫度以模擬當(dāng)電池溫度在正常溫度時(shí)采用一般水溫進(jìn)行冷卻，當(dāng)電池溫度達(dá)到臨界值時(shí)降低水溫對(duì)電池冷卻。研究表明：水的流速變化對(duì)電池冷卻溫度變化影響較小，水溫變化對(duì)電池冷卻溫度變化影響較大。當(dāng)電池溫度達(dá)到界限時(shí)，改變管道中水的溫度能夠有效地控制電池的最高溫度，是一種有效的冷卻方案。

鋰電池；動(dòng)態(tài)仿真；FLUENT；冷卻方案

隨著新能源汽車的進(jìn)一步推廣和使用，鋰離子電池以其高效的能量比、高電壓特性及使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)成為電動(dòng)汽車電池的首選[1]。同時(shí)，動(dòng)力電池對(duì)溫度變化較敏感，如果鋰離子電池長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境中工作，其放電容量會(huì)相應(yīng)增大，但其老化程度也會(huì)急劇增加，進(jìn)而其使用壽命也會(huì)受到嚴(yán)重影響。當(dāng)鋰電池溫度超過(guò)一定界限時(shí)，甚至可能會(huì)出現(xiàn)膨脹、泄露、爆炸的危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響日常生活和個(gè)人安全。根據(jù)文獻(xiàn)[2]可知磷酸鐵鋰電池的最佳工作溫度為：18℃～45℃，可接受的溫差范圍應(yīng)不高于10℃。因此，對(duì)鋰電池溫度場(chǎng)的熱分析對(duì)于推動(dòng)電池在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用是十分重要的。

目前動(dòng)力電池冷卻技術(shù)按照冷卻媒介的不同主要分為空氣冷卻技術(shù)、液體冷卻技術(shù)和相變冷卻技術(shù)[3]。液體冷卻系統(tǒng)是指利用高熱容量和導(dǎo)熱系數(shù)的液體，通過(guò)管路將冷卻液引入電池組內(nèi)部，將電池?zé)崃繋ё?。BERNARDI等[4]在假設(shè)物體內(nèi)部發(fā)熱均勻的基礎(chǔ)上，提出了一種計(jì)算發(fā)熱功率的模型，發(fā)熱模型的來(lái)源主要是兩部分，一部分是歐姆熱，另一部分是化學(xué)反應(yīng)熱，此模型為電池生熱速率模型的建立提供了基礎(chǔ)。SATO[5]用實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證了一種電池產(chǎn)熱功率的計(jì)算模型，并且先后應(yīng)用在氫鎳電池與鋰離子電池上。電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量被分為4種熱量，即焦耳熱、電化學(xué)反應(yīng)熱、極化熱及副反應(yīng)熱。其中，焦耳熱是電池內(nèi)部阻抗所產(chǎn)生的熱量，此熱量為正值；電化學(xué)反應(yīng)熱是電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)所對(duì)應(yīng)放出或吸收的熱量，放電時(shí)為正，充電時(shí)為負(fù)；極化熱是電池電極電勢(shì)偏離平衡電動(dòng)勢(shì)而產(chǎn)生的能量損失，這部分熱量是正值；副反應(yīng)熱主要是由于電池自放電、電解質(zhì)分解等因素產(chǎn)生的熱量，這部分熱量始終是正值，對(duì)于鋰電池來(lái)說(shuō)，這部分熱量很小，一般可以忽略不計(jì)。近年來(lái)，歐陽(yáng)唐文等[6]將鋰電池單體看作是一個(gè)發(fā)熱均勻的整體獲取了電池的相關(guān)參數(shù)，針對(duì)鋰電池的相關(guān)特性建立了三維數(shù)學(xué)模型，并將電池的比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)隨電池的荷電狀態(tài)通過(guò)分段線性插值的方式進(jìn)行了有效處理，在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)FLUENT軟件建立了與之相對(duì)應(yīng)的三維物理模型，對(duì)電池的溫度場(chǎng)進(jìn)行了仿真計(jì)算，在仿真計(jì)算中，分析了電池?zé)嵛镄詤?shù)隨電池放電速率和電池溫度所產(chǎn)生的變化對(duì)電池溫度場(chǎng)產(chǎn)生的影響、電池溫度場(chǎng)隨不同放電速率所產(chǎn)生的變化，最終，仿真結(jié)果顯示鋰電池?zé)嵛镄詤?shù)對(duì)電池溫度場(chǎng)分布影響較小，電池的溫度上升速率隨電池放電速率的增加而增加，當(dāng)放電速率快時(shí)，電池內(nèi)部溫差也增大，同時(shí)電池冷卻表面也有很大影響，冷卻面越大，冷卻效果越好，但是其成本也相應(yīng)增加，需要綜合考慮選擇。張?zhí)鞎r(shí)等[7]在原有的電池冷卻結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)了一種扁管束冷卻結(jié)構(gòu)，并在與電池相接觸的表面添加具有高導(dǎo)熱率的石墨，通過(guò)FLUENT仿真對(duì)比分析了沒(méi)有添加石墨的電池冷卻和添加了石墨的電池冷卻效果，仿真結(jié)果顯示，添加高導(dǎo)熱率石墨的電池冷卻結(jié)構(gòu)能進(jìn)一步降低電池的最高溫度，電池內(nèi)部的溫差一致性也更小，整體提高了冷卻效果。同時(shí)，設(shè)計(jì)的冷卻扁管束在滿足了電池冷卻溫度要求的基礎(chǔ)上，相對(duì)整板冷卻節(jié)省了材料，實(shí)現(xiàn)了輕量化。羅曼[8]通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M了電池實(shí)際發(fā)熱速率，并通過(guò)有限元建立了液冷條件下的電池組散熱模型，在CFX中對(duì)鋰離子動(dòng)力電池組和冷卻液體的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)進(jìn)行了仿真計(jì)算，根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)散熱結(jié)構(gòu)提出了改進(jìn)，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的散熱結(jié)構(gòu)降低了電池組的最高溫度并提升了電池組溫度一致性。周萌[9]針對(duì)成組動(dòng)力電池，分別設(shè)計(jì)了兩種不同布置形式的液流換熱系統(tǒng)，通過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究了冷卻系統(tǒng)的換熱特性。文獻(xiàn)[2]針對(duì)電動(dòng)汽車磷酸鐵鋰電池建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和有限元物理模型，并將物理模型導(dǎo)入到FLUENT中進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)設(shè)置不同的入口條件，對(duì)比分析了不同溫度、不同流量下在自然環(huán)境風(fēng)冷、空調(diào)強(qiáng)制風(fēng)冷和導(dǎo)熱油冷卻3種不同情況下電池的冷卻效果。JARRETT等[10]基于純電動(dòng)汽車用的高能量電池，對(duì)其進(jìn)行空氣散熱。通過(guò)對(duì)管道的路線、長(zhǎng)度、寬度進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，對(duì)比分析了18種不同管道對(duì)電池的冷卻效果，通過(guò)仿真結(jié)果分析得出了最有利于電池低溫和溫度一致性的設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)蛇形通道的散熱板，使用FLUENT軟件模擬仿真其熱特性，最終分析可知合理的設(shè)計(jì)要求管道對(duì)液體壓強(qiáng)的降低要小，入口處的管道寬度小，通過(guò)不斷擴(kuò)大到出口處的管道寬度就是最優(yōu)設(shè)計(jì)，這樣能夠平衡流體的流速、傳熱的面積和流固耦合傳熱梯度，能夠補(bǔ)償管道所有熱區(qū)的傳熱。TONG等[11]比較了在不同放電倍率下有水冷和沒(méi)有水冷時(shí)候的電池溫度分布情況，并且在有水冷的情況下水流速度越快，導(dǎo)熱管道越薄，越能夠有效地控制電池的最高溫度和電池溫差分布，這樣在增加附加負(fù)載的同時(shí)也會(huì)增加重量和體積，這些也是綜合考慮的重要因素。CHEN等[12]比較了空氣冷卻、液體直接冷卻、液體間接冷卻和散熱片冷卻4種不同的鋰電池冷卻方式,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明為達(dá)到相同的冷卻效果，空氣冷卻相對(duì)其他冷卻方式需要2～3倍的能量，同時(shí)，盡管直接冷卻能夠降低一點(diǎn)冷卻溫度，但間接液體冷卻比直接液體冷卻實(shí)踐更好。HE等[13]主要研究了鋰離子電池組主動(dòng)溫度控制和往復(fù)式水流對(duì)電池組最高溫度和電池組內(nèi)各單元電池溫度差的影響，首先，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了降階數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬電池?zé)崮Ｐ?；然后，在此熱模型的基礎(chǔ)上，基于觀測(cè)器的控制策略被用于通過(guò)控制往復(fù)式水流控制電池組的核心溫度。結(jié)果顯示，當(dāng)控制策略用于往復(fù)式水流時(shí)能夠有效地控制電池組的最高溫度，也能有效地控制電池組溫度的一致性，并且與被動(dòng)式冷卻和無(wú)方向性冷卻水流相比，在電池組溫度一致性上有很大提高且能夠減少冷卻水的用量。但上述研究中對(duì)電池冷卻的仿真和實(shí)驗(yàn)都是在相關(guān)條件不變的情況下進(jìn)行的，而實(shí)際情況可能是隨著電池溫度的變化，管道中水的溫度和速度都會(huì)發(fā)生變化。

考慮電池生熱速率隨電池溫度變化，通過(guò)FLUENT軟件中UDF設(shè)置生熱速率，首先設(shè)置不同的水流速度，觀察分析不同水流速度下電池的冷卻效果；然后，通過(guò)獲取電池最高溫度來(lái)控制電池水冷管道的入口水流的溫度，使得當(dāng)電池溫度達(dá)到臨界溫度值時(shí)，通過(guò)UDF設(shè)置降低入口水流溫度，當(dāng)電池溫度沒(méi)有達(dá)到臨界溫度值時(shí)，通過(guò)UDF設(shè)置對(duì)應(yīng)較高的水流溫度；最后利用動(dòng)態(tài)仿真觀察電池溫度場(chǎng)的分布，以期為冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 仿真模型

1.1 電池結(jié)構(gòu)參數(shù)及熱物性參數(shù)

處于工作狀態(tài)的電池會(huì)產(chǎn)生焦耳熱、極化熱、電化學(xué)反應(yīng)熱和副反應(yīng)熱等熱量，其冷卻環(huán)境由電池組熱管理系統(tǒng)控制。為降低溫度場(chǎng)計(jì)算的復(fù)雜性，筆者采用文獻(xiàn)[5]中方法對(duì)電池的性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，即導(dǎo)熱沿x、y、z3個(gè)方向分別進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算獲得，比熱容根據(jù)電池內(nèi)部各物質(zhì)的比熱質(zhì)量按質(zhì)量加權(quán)法計(jì)算得到，密度簡(jiǎn)化等于電池質(zhì)量與電池體積之比。單體電池結(jié)構(gòu)參數(shù)及熱物性參數(shù)如表1所示。

筆者采用文獻(xiàn)[7]中的冷卻結(jié)構(gòu)，用鋁制扁管束行程構(gòu)成換熱流體與動(dòng)力電池間的主要傳熱通道，添加在電池的兩側(cè)邊，具體布置形式如圖1所示。

表1 單體電池結(jié)構(gòu)參數(shù)及熱物性參數(shù)

圖1 單片電池兩側(cè)換熱管束布置形式

1.2 邊界計(jì)算條件

主要設(shè)置的邊界有入口邊界、出口邊界、電池?zé)嵩丛O(shè)置、流體接觸的邊界、電池流固耦合邊界條件等。其中，入口邊界設(shè)置相應(yīng)的流體速度與溫度，同時(shí)還需要計(jì)算流體的湍流強(qiáng)度來(lái)判斷流體是層流還是紊流，湍流條件定義設(shè)置為湍流強(qiáng)度和水力直徑。

湍流強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

I=0.16Re-0.125

(1)

Re=ρfuD/v

(2)

式中：I為湍流強(qiáng)度；Re為管內(nèi)流體雷洛數(shù)；ρf為入口流體密度；u為入口流體速度；D為入口水力直徑；v為流體運(yùn)動(dòng)粘度。

水力直徑的計(jì)算公式為：

D=4S/P

(3)

式中：S為冷卻管道入口面積；P為管道入口處濕周長(zhǎng)。

仿真模型計(jì)算中出口邊界設(shè)置為自由流出outflow，將電池與外界相接觸的邊界設(shè)置稱為絕熱邊界，流體湍流條件按照湍流強(qiáng)度計(jì)算公式和水力直徑計(jì)算公式計(jì)算，管道壁面法向壓力設(shè)置為零，并將電池單體與冷卻管道相接觸的表面設(shè)置成為流固耦合邊界。

1.2.1 電池生熱模型

電動(dòng)汽車在行駛時(shí)，動(dòng)力電池隨著運(yùn)行功率的大小會(huì)有不同功率的放電，電池也會(huì)隨之產(chǎn)生熱量。所以電池?zé)嵩吹哪M需要獲取電池的生熱速率，由于獲取精確的電池生熱速率比較困難，通常用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述。目前常用的是文獻(xiàn)[4]提出的Benardi生熱速率模型，其假設(shè)電池生熱在電池體內(nèi)均勻分布，生熱速率q的估算公式為：

(4)

式中：q為電池生熱速率；Vb為電池單體體積；I為充放電電流；U為電池單體電壓；Uo為電池開(kāi)路電壓；TdUo/dT為電池的溫度影響系數(shù)，與電化學(xué)反應(yīng)相關(guān)的物理量。采用文獻(xiàn)[7]中通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M出的熱源，則單體鋰電池在25℃，1.5C放電倍率下的生熱速率為：

q=2.67×10-9t4+2.41×10-6t3-0.023t2+

36.964t+8 871.36

(5)

1.2.2 湍流模型

通過(guò)計(jì)算可知水的流速在2 m/s時(shí)，計(jì)算得此模型的雷諾數(shù)約為19 000，當(dāng)雷諾數(shù)大于2 300時(shí)，流體屬于湍流模型，選取k-ε低雷諾數(shù)湍流模型，關(guān)于k的輸運(yùn)方程為：

(6)

關(guān)于ε的輸運(yùn)方程為：

(7)

式中：t為時(shí)間；k為湍動(dòng)能；ε為耗散率；n為壁面法向坐標(biāo)；ut為湍動(dòng)粘度；Gk為由速度梯度引起的湍動(dòng)能的產(chǎn)生項(xiàng)；C1ε=1.44；C2ε=1.92；δk=1.0;δε=1.3。

1.2.3 電池傳熱模型

BERNARDI等認(rèn)為鋰電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量是均勻的。為了建立磷酸鐵鋰電池?zé)崽匦缘臄?shù)學(xué)模型，需要對(duì)物理模型進(jìn)行如下假設(shè)：①將電池看作是一個(gè)發(fā)熱均勻的整體，并且其發(fā)熱前后質(zhì)量和體積都不發(fā)生變化；②電池液在電池內(nèi)部流動(dòng)性很小，幾乎沒(méi)有流動(dòng)，因此假設(shè)電池內(nèi)部沒(méi)有流動(dòng)；③實(shí)際工作中的電池溫差也比較小，因此電池內(nèi)部的熱輻射也忽略不計(jì)；④電池內(nèi)部各個(gè)部分產(chǎn)生的熱量都是均勻的。

根據(jù)以上簡(jiǎn)化和假設(shè)，可建立磷酸鐵鋰電池的三維瞬態(tài)傳熱的數(shù)學(xué)模型為：

(8)

式中：ρ為電池密度；cp為比熱容；t為溫度；τ為時(shí)間；λ為導(dǎo)熱系數(shù);Q為電池內(nèi)部單位體積的熱生成率。

1.3 網(wǎng)格模型

筆者用GAMBIT軟件建立了單體鋰離子電池模型，并對(duì)電池進(jìn)行了簡(jiǎn)化，去掉了電池的正負(fù)極部分。電池部分網(wǎng)格數(shù)為1 991 484，將電池與管道邊界耦合，并畫(huà)了邊界層，形成了流固耦合模型，導(dǎo)入到FLUENT中，電池冷卻網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示。

圖2 電池冷卻網(wǎng)格模型

2 仿真結(jié)果及分析

考慮到一般可以改變液體的種類、流速及溫度，筆者僅針對(duì)液體動(dòng)態(tài)的溫度和流速與不變的溫度和流速時(shí)分別進(jìn)行對(duì)比。因此在生熱速率相同的情況下，采用穩(wěn)態(tài)邊界條件和動(dòng)態(tài)邊界條件分別對(duì)電池散熱進(jìn)行仿真。

2.1 不同流速對(duì)電池的冷卻效果

圖3 V=0.2 m/s，T=298 K時(shí)電池溫度場(chǎng)

當(dāng)流速為0.2 m/s時(shí)，電池在絕熱條件下，取管道中水的溫度為298 K，當(dāng)電池發(fā)熱與管道中水冷達(dá)到平衡時(shí)，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。同理分別設(shè)置入口處水流速度為1.0 m/s和3.0 m/s時(shí)，電池冷卻效果分別如圖4和圖5所示。

圖4 V=1.0 m/s，T=298 K時(shí)電池溫度場(chǎng)

圖5 V=3.0 m/s，T=298 K時(shí)電池溫度場(chǎng)

將以上入口不同水流速度下電池的冷卻仿真結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，如表2所示。

從圖3～圖5及表2可以看出，在入口處最低溫度相同的情況下，冷卻管道入口處水流速為0.2 m/s與入口水流速為1.0 m/s及3.0 m/s時(shí)相比，電池的最高溫要高出1 K,同時(shí)最大溫差也要多出1 K。入口水流速為1.0 m/s和3.0 m/s時(shí)電池的最高溫度及最大溫差相同，說(shuō)明水的流速變化對(duì)電池的冷卻效果影響不大。

表2 不同流速下電池溫度場(chǎng)仿真結(jié)果(T=298 K)

2.2 不同溫度的冷卻液對(duì)電池的冷卻效果

通過(guò)FLUENT仿真可知當(dāng)管道中水流的溫度為310 K，流速為1.0 m/s時(shí)，電池的熱場(chǎng)分布如圖6所示。

圖6 T=310 K，V=1.0 m/s時(shí)電池溫度場(chǎng)

由圖6可知：當(dāng)管道中水的溫度為310 K時(shí)，電池的最高溫度為318 K即45℃，電池達(dá)到最適溫度的臨界值。為了保證動(dòng)力電池的安全，給電池的最高溫度設(shè)置一定的裕度5 K，設(shè)置當(dāng)電池溫度達(dá)到313 K即40℃為電池的最高邊界溫度。

當(dāng)管道中水流的溫度為305 K，流速為1.0 m/s時(shí)，電池的熱場(chǎng)分布如圖7所示,可知當(dāng)水溫為305 K即32℃時(shí)，電池溫度達(dá)到313.1 K即40.1℃，達(dá)到設(shè)置的邊界條件。

圖7 T=305 K，V=1.0 m/s時(shí)電池溫度場(chǎng)

通過(guò)以上結(jié)果，在水流速度不變的情況下，設(shè)置在電池溫度沒(méi)有達(dá)到313 K時(shí)，水的溫度為310 K，當(dāng)電池達(dá)到313 K時(shí)，調(diào)控冷卻系統(tǒng)，使得水溫降低到305 K。通過(guò)設(shè)置FLUENT中UDF來(lái)達(dá)到要求，仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 動(dòng)態(tài)仿真電池溫度場(chǎng)

由圖8可知，動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果能夠滿足電池最高溫和最大溫差要求，當(dāng)電池溫度上升，通過(guò)降低水溫，可以達(dá)到冷卻平衡，最終達(dá)到冷卻電池的要求。電池在初始溫度沒(méi)有達(dá)到313 K時(shí)，管道中水的溫度為310 K，當(dāng)電池溫度達(dá)到313 K時(shí)，管道中水的溫度為305 K。最終能夠保持電池最高溫度為313 K。

3 結(jié)論

筆者通過(guò)對(duì)實(shí)際電池冷卻分析仿真得到電池的溫度分布情況，得出以下結(jié)論：①在車用鋰離子電池冷卻中，水流溫度不變的情況下，冷卻管道中不同的水流速度對(duì)電池冷卻效果影響不大，因此，在車用鋰離子電池冷卻系統(tǒng)中可以適當(dāng)選擇較低的水流速度。②在一定水流速度下，通過(guò)仿真獲得電池在接近最適邊界條件下管道中水的溫度，然后通過(guò)FLUENT中UDF設(shè)置當(dāng)電池溫度達(dá)到臨界溫度時(shí)降低水的溫度來(lái)模擬冷卻系統(tǒng)對(duì)電池的冷卻，通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真驗(yàn)證了電池溫度分布能夠滿足電池溫度范圍要求和電池溫度要求，對(duì)于實(shí)際設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)具有重要參考意義。③筆者分析了水冷造成的影響，也可以用同樣的方法動(dòng)態(tài)分析風(fēng)冷和其他液體對(duì)電池冷卻的影響。

[1] 張遙,白楊,劉興江.動(dòng)力用鋰離子電池?zé)岱抡娣治鯷J].電源技術(shù),2008(7):461-463.

[2] 彭影,黃瑞,俞小莉,等.電動(dòng)汽車鋰離子動(dòng)力電池冷卻方案的對(duì)比研究[J].機(jī)電工程,2015,32(4):537-543.

[3] 王小平.動(dòng)力電池組熱管冷卻系統(tǒng)傳熱特性分析[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2016.

[4] BERNARDI D， PAWLIKOWSKI E, NEWMAN J. A general energy balance for battery systems[J]. Journal of the Electrochemical Society, 1985,132(1):5.

[5] SATO N. Thermal behavior analysis of lithium-ion batteries for electric and hybrid vehicles[J]. Journal of Power Source, 2001,99(1):70-77.

[6] 歐陽(yáng)唐文,張興娟,楊春信.基于CFD的鋰電池溫度場(chǎng)仿真[J].電子機(jī)械工程,2013(2):14-17.

[7] 張?zhí)鞎r(shí),宋東鑒,高青,等.動(dòng)力電池組扁管束液流熱管理增效[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2017，47(4):1032-1039.

[8] 羅曼.純電動(dòng)汽車用鋰離子電池組液體冷卻散熱結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化[D].重慶：重慶大學(xué),2014.

[9] 周萌.動(dòng)力電池成組液流熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué),2014.

[10] JARRETT A, KIM I Y. Design optimization of electric vehicle battery cooling plates for thermal performance[J]. Journal of Power Sources, 2011,196(23):10359-10368.

[11] TONG W, SOMASUNDARAM K, BIRGERSSON E, et al. Numerical investigation of water cooling for a lithium-ion bipolar battery pack[J]. International Journal of Thermal Sciences, 2015(94):259-269.

[12] CHEN D, JIANG J, KIM G, et al. Comparison of different cooling methods for lithium ion battery cells[J]. Applied Thermal Engineering, 2016(94):846-854.

[13] HE F, MA L. Thermal management of batteries employing active temperature control and reciprocating cooling flow[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2015(83):164-172.

ResearchonDynamicSimulationofTemperatureFieldofLithiumBatteryBasedonFLUENT

QINKai,LIXiang,CHENLong

Aiming at the problem that lithium iron phosphate battery in electrical vehicle has a shorted life and reduced security when working at high temperature condition,in order to ensure its proper operating temperature range,a dynamic simulation of temperature field of battery based on FLUENT has been carried out. The FLUENT software was used to establish the battery-pipe fluid-solid coupling model. The cooling of the battery was calculated and analyzed at different velocity and temperature of water. Then use udf of FLUENT to get the real-time battery temperature as a feedback to control the temperature of the water in the pipelines to simulate the real situation of the cooling system of the battery.When the temperature of the battery is at normal, set the corresponding cooling temperature in the inlet of the pipe through udf. When the temperature of the battery exceeds the temperature limit,change the corresponding cooling temperature in the inlet of the pipe through udf. The results show that the change of the water flow rates has little influence on the change of the battery temperature and the change of the water temperature has a great influence on the change of the battery temperature. When the temperature of the battery reaches the limit, change the temperature of the water in the pipe can effectively control the maximum temperature of the battery. It′s an effective cooling scheme.

lithium battery；dynamic simulation； FLUENT；cooling scheme

2095-3852(2017)06-0759-06

A

2017-06-10.

秦凱(1993-)，男，湖北隨州人，武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng).

TM912

10.3963/j.issn.2095-3852.2017.06.022

QINKai:Postgraduate; School of Automation, WUT, Wuhan 430070, China.