仿真教程 | 模擬鋰離子電池散熱

2017-10-19 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

前言

本文簡(jiǎn)要介紹了如何在 COMSOL Multiphysics® 軟件中創(chuàng)建鋰離子電池模型。點(diǎn)擊文末的 “閱讀原文”,查看教學(xué)模型,以及詳盡的操作教程。

液冷式鋰離子電池模型

本文討論的鋰離子電池模型模擬了液冷式鋰離子電池堆中若干電池單元和鋁制散熱鰭片的溫度分布。

鋰離子電池的幾何結(jié)構(gòu),它由三個(gè)電池單元、一個(gè)入口連接器通道和一個(gè)散熱鰭片中的出口連接器通道構(gòu)成。

該模型基于以下兩個(gè)假設(shè):

可以使用電池堆的平均溫度來(lái)計(jì)算電池材料和冷卻液材料的屬性
載荷循環(huán)中的發(fā)熱波動(dòng)明顯慢于電池堆內(nèi)的熱傳遞

對(duì)于模型而言,這意味著什么呢?如果電池堆內(nèi)的溫度變化很小,第一個(gè)假設(shè)便可行。第二個(gè)假設(shè)僅僅意味著,在載荷循環(huán)中給定電池?zé)嵩春徒o定工作點(diǎn)上的熱平衡是準(zhǔn)靜態(tài)的。(準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程簡(jiǎn)化了熱理論研究。)

根據(jù)第一個(gè)散熱鰭片中的速度大小,可以推斷出液體在板內(nèi)的滯留時(shí)間僅僅持續(xù)了數(shù)秒。(可支持第二個(gè)假設(shè))

該模型依次使用 COMSOL Multiphysics 和附帶的“電池與燃料電池模塊”和“傳熱模塊”連續(xù)求解,每個(gè)物理場(chǎng)接口對(duì)應(yīng)一個(gè)研究(總共三個(gè))。首先,對(duì)液冷式電池堆的流體流動(dòng)進(jìn)行模擬。使用與水相同的材料屬性來(lái)模擬流體,并使用輸入溫度來(lái)計(jì)算流體。這與上文中的第一個(gè)假設(shè)一致。

接著,執(zhí)行時(shí)間依賴性研究,不過(guò)僅求解一維電池模型。在本示例中,假設(shè)電池模型的溫度與冷卻液的入口溫度相同。最后,執(zhí)行穩(wěn)態(tài)研究,求解電池堆的準(zhǔn)靜態(tài)溫度。該步驟結(jié)合了前兩個(gè)步驟:它使用了第一步的流速和第二個(gè)研究中時(shí)間依賴性仿真的最后一個(gè)時(shí)間步的平均熱源。