电池包冷却系统CFD分析规范

Q/SZJ191001-2017电池包冷却系统CFD分析规范SpecificationofCFDAnalysisofBatteryCoolingSystem20XX20XX-12-31实施20XX-11-27发布XXXX汽车工程技术有限公司发布Q/SZXX-X-2017电池包冷却系统CFD分析规范范围本标准规定了术语和定义、电池包冷却系统CFD分析方法及结果处理方法。本标准适用于CAE部门电池包冷却系统CFD分析。规范性引用文件无。术语和定义无。摘要Abstract本规范规定了用StarCCM+进行电池包冷却系统CFD分析的内容。本规范适用于XX汽车公司开发的乘用车电池包冷却系统CFD分析。ThisproceduredefinesthebatterypackcoolingsystemCFDanalysisusingStar-CCM+.It’sapplicablefortheXXautomotivecompanypassengercarsCFDanalysisofbatterypackcoolingsystem.流程图ProcessFlowDiagram图1流程图工具描述ToolDescription仿真分析过程中需要用到的如下软件:Thefollowingsoftwarefacilitatestheanalyticalsimulationprocess:前处理(Preprocessors):Hypermesh求解器(AnalysisCode):Starccm+后处理(Postprocessors):Starccm+建模和分析过程Modeling/AnalysisProcedure单位Units分析中所用单位制如下所示:Theunitsusedintheanalysisareasfollows:力(Force) 牛顿(N)质量(Mass) 千克(Kg)长度(Length) 米(M)时间(Time) 秒(Second)几何模型建立Geometrymodeling电动汽车电池包由多个部件组成，按材料属性分组为电池包进口、电池包出口、电池包上箱体、电池包下箱体、电池包通风管道、模组框架、电池芯体、模组固定压条和电池包内其他部件等，如图2所示。图2电池包结构分解图在HyperMesh中对电池包几何模型进行处理，形成单连通区域，简化后的电池包几何模型如图2所示。其中：电池芯体作为固体热源、电池支架作为导热元件需要单独生成体网格；模组框架及电池包上、下箱体、电池通风管道材料导热系数小，在分析中不考虑其本身的热传导特性；电池包内其它部件（如BMS、高压器件盒等）只需考虑它们对流场的影响，忽略其本身的发热量。注：模组框架、模组固定压条、电池芯体组件间隙较小，在几何处理需着重检查是否有几何干涉。图3电池包内部简化模型示例图面网格划分SurfaceMesh在HyperMesh中对处理好的电池包几何模型进行网格划分，利用Automesh命令生成面网格，选择三角形单元，如图4所示。各部件最大值和最小值具体设置见表1。图4面网格生成设置表1面网格尺寸部件类别最小尺寸(mm)最大尺寸(mm)电池包上、下箱体810电池包通风管道46电池包通风管道进、出口55电池芯体46模组压条支架34模组框架34电池包内其他部件68面网格生成后：a) 对于面网格质量较好的电池包模型，在HyperMesh里检查FreeEdges与T-Connections，保证无自由边和T形连接，导入StarCCM+中进行SurfaceRemesher，并生成体网格。b) 对于结构较为复杂或几何质量较差的电池包模型，将在StarCCM+进行SurfaceWrapper处理，以下步骤根据此情况进行操作。注：采用上述a）或b）两种方法，电池芯体和模组固定压条两个组件都需要单独检查FreeEdges与T-Connections，保证无自由边和T形连接。将面网格导出，格式如下：图5HyperMesh导出格式将*.nas文件导入StarCCM+后，在MeshingModelSelection中勾选SurfaceWrapper及SurfaceRemesher生成面网格，如图6。图6网格模块选择示例a)BaseSize设置为100mm，RelativeMinimumSize设置为3mm，RelativeTargetSize设置为6mm，VolumeofInterestSpecification保持默认为LargestInternal。b)将电池包所有组件选上，建立FeatureCurves，以保持几何特征。c)设置各组件的面网格尺寸，具体尺寸设置见表2。表2包面网格尺寸设置部件类别最小尺寸(mm)目标尺寸(mm)电池包上、下箱体36电池包通风管道33电池包通风管道进、出口33电池芯体33模组压条支架12模组框架23电池包内其他部件36检查完毕后保存并命名为fluid.sim。体网格划分Volumemesh包面与网格重构完成后，在MeshingModelSelection模块中勾选Trimmer和PrismLayerMesher，如图7：图7体网格选项卡a)体网格最大网格尺寸设置为5mm。b)边界层层数2层，边界层增长率保持默认值1.5，边界层厚度为1mm。c)体网格最小尺寸设置为1mm，体网格最大尺寸设置为5mm。d)体网格加密区域选择通风管道区域，加密尺寸为3mm。体网格生成完毕，保存文件为fluid.sim。将用于固体域边界的电池芯体和模组固定压条面网格（需要考虑热传导的元件）从HyperMesh中导出，导入到StarCCM+中划分体网格。其体网格尺寸应与fluid.sim中对应的流体域边界网格尺寸保持一致，网格生成后导出*.ccm格式体网格。将生成的固体域网格导入到fluid.sim文件中，计算域总网格数控制在1200万以内为宜。边界条件BOUNDARYCONDITIONS电池包冷却系统分析需要进行流固耦合计算，建立气体和固体两类物理模型。电池包冷却系统分析所需参数由设计部门提供，主要包括材料名称、材料密度、材料比热、热导系数、电池发热功率、放热时长、环境温度、进口温度和风道进风流量等。物理模型设置气体物理模型设置如图8及表3所示：图8空气物理模型设置表3气体物理模型参数设置名称值Pressure0.0PaStaticTemperature环境舱温度_KTurbulenceIntensity0.01TurbulenceSpecificationIntensity+ViscosityRatioTurbulentVelocityScale1.0m/sTurbulentViscosityRatio10Velocity0.0m/s固体物理模型设置如图9所示：图9固体物理模型设置固体材料根据实际选用材料情况手动输入参数，固体材料物理模型设置如表4和表5所示。表4电池芯体固体物理模型参数设置名称值Density3000kg/m³（示例）SpecificHeat900J/kg*K（示例）ThermalConductivity16.3W/m*K（示例）MinimumAllowableTemperature100KMaximumAllowableTemperature5000KStaticTemperature环境舱温度_K表5模组压条支架固体物理模型参数设置名称值Density7790kg/m³（示例）SpecificHeat470J/kg*K（示例）ThermalConductivity432W/m*K（示例）MinimumAllowableTemperature100KMaximumAllowableTemperature5000KStaticTemperature环境舱温度_K在流体区域的电池芯体、模组固定压条（需要考虑热传导的部件）与固体相应部件建立Interface。边界条件的设置进、出口边界设置如表6和表7所示。表6进口边界条件TypeMassFlowInletTotalTemperature环境舱温度_KTurbulenceIntensity0.01TurbulenceViscosityRatio10MassFlowRate进口流量Kg/s表7出口边界条件TypePressureOutletPressure0.0PaStaticTemperature环境舱温度_KTurbulenceIntensity0.01TurbulenceViscosityRatio10电池芯体参数设置如图10所示。图10电池芯体设置性能要求PERFORMANCEREQUIREMENT电池寿命与电池组内的最高温度及温度差有关，评判冷却效果应重点关注以下两指标，如表8所示。表8评价标准最高温度限值小于40