文章來源：武漢力神動力電池系統科技有限公司
引言
隨著新能源汽車的行業的發展，動力電池包的熱失控問題成為其發展的障礙；複雜的工況和高溫會導致電池系統溫度迅速升高，影響電池的反應效能和迴圈壽命，甚至影響熱安全。目前採用水冷板式液流換熱結構，PCM相變散熱結構基本上能夠滿足電池高溫冷卻的需要；但是難以保證電池系統溫差波動範圍在5℃以內；目前熱管理的側重在於如何控制系統的溫差。
電池包熱管理主要分為：低溫加熱和高溫散熱；當環境溫度過低時，必須對電池包採取加熱才能進行充電，執行時，由於電芯發熱，必須對電池包進行水冷散熱。電池包不僅要保證溫度合適，而且必須保證電池包內不電芯間的溫差合適。才能保證新能源汽車的續航里程和電芯的使用壽命，以及汽車的安全性。
為保證電池包在工作時溫度處在合適的範圍，並且電芯間溫差也能在適當的範圍內。本文采用Ansys-fluent對目前流行的液體迴圈冷暖一體化熱控方式（運用流體迴路進行液冷液熱）的某款電池包液冷迴路進行壓降分析，根據模擬結果最佳化液冷流道設計，在滿足散熱和加熱情況下，改善散熱和加熱時系統的溫度均勻性，並透過實驗驗證設計的合理性。本文汽車電池包加熱溫差控制範圍在10℃以內；散熱時溫差範圍控制在5℃以內。
2模擬模型以及邊界條件
流場分析模型為流道以及水室的內部空間，冷卻液為50%的乙二醇水溶液，粘度為3.39mPa·s（常溫）；網格為多面體網格。
3模擬輸入
在高溫45℃的環境溫度，1C充放電條件下進行液冷測試，在低溫-20℃的環境溫度下進行液熱測試；水冷管入口流量均為15L/min，入口水溫均為20℃；冷卻液為乙二醇水溶液（乙二醇佔50%）。測試裝置為新水冷測試平臺，星雲充放電裝置。
4模擬輸出
4.1在入口流量為15L/min，出口設定為0Pa的條件下，透過fluent對系統的流道進行壓降分析，得到圖2所示的流道壓降圖。
根據初始的壓降分析結果可知：尾部雙層口琴管處壓降相較於前面單層水冷板的壓降小，容易導致加熱和散熱不均勻，可將尾部三通介面與雙層水冷管水室連線處的管徑減小，從而使各並聯迴路中壓降平衡。最佳化後的壓降分析結果，如圖3所示：
最佳化後的各並聯迴路的壓降較之前更加均勻，流阻稍有偏大。
5實驗測試結果
根據模擬分析後，將最佳化前、後兩種箱體放入水冷測試平臺溫箱中，利用星雲充放電裝置進行高溫水冷工況以及低溫加熱工況的測試；最佳化前後的箱體僅僅是水管不同，只需要跟換水管即可，進行兩種箱體的測試。測試實際圖片，如圖4所示：
5.1高溫冷卻工況結果
在環境溫度為40℃的溫箱中，設定水冷管入口流量為15L/min，入口溫度為20℃，1C放電工況下；測試得到最佳化前後的系統隨溫度變化曲線圖，溫差曲線如下圖5、圖6所示：
最佳化前電池包整體的溫度隨時間降，可知水冷效果滿足要求；放電結束時刻最高溫度35.1℃，最大溫差4.7℃，滿足熱設計要求。最佳化後電池包整體的溫度隨時間降，可知水冷效果滿足要求；實驗結束最高溫度35.9℃。最大溫差3.2℃，滿足熱管理要求，溫差相對於最佳化前降低1.5℃。可知最佳化後系統散熱更加均勻，有利於控制系統溫差，保證電芯使用壽命。
5.2低溫加熱工況結果
在環境溫度為-20℃的溫箱中，水冷管入口流量為15L/min，入口溫度為20℃，1C放電工況下；測試得到最佳化前後的系統隨溫度變化曲線溫差曲線圖，如圖7、圖8所示：
最佳化前電池包整體，從-20℃升溫至5℃，用時47min，整個過程加熱過程最大溫差為9.1℃，滿足熱管理要求；最佳化後電池包整體，從-20℃升溫至5℃，用時36min；整個加熱過程最大溫差為5.4℃，比A樣降低3.7℃，熱管理效能進一步得到改善。
6 結論
內建水冷能夠很好的保證水冷效果，關鍵在於保證系統內溫差合適，透過調節流道流量均勻性，能夠較好的改善液冷、液熱的熱管理效率，使系統整機加熱、散熱更加均勻，溫差更幅度更小。
