柱狀電池散熱分析思路

前言讀這篇文之前須具備一定流體力學 CFD 熱傳學等基礎知識後文過於基礎的部分將不會多做說明

幹你娘他怎麼變成斜斜的

大綱

1.發熱量預估

電池熱模型建立
電化學模型
battery mode

2.電池熱模型建立

3.導熱介質選用

導熱凝膠
導熱貼片

4.外部流方案

PQ curve
對流表面優化處理

5.內部流方案

水泵

物理建模邊界條件設定

一.發熱量預估

先要有一個概念電車跟油車的瞬間功耗不太一樣油車基本上直接讀轉速就好但電車又多了些功率轉換大電流等等的問題並且電池有放電倍率因此在突然抽功率用力操車的時候其功耗並不會成單純線性上升這也就造成了在定解熱目標值時相當困難需考慮加速回充等等也跟車重和空力密切相關這邊建議盡早與底盤聯繫跑carsim 在其模擬出的各資料由它們確認後誤差不大時其得到的平均功耗再反推回去發熱量會較為準確

在電池部分放電時有化學反應熱與電阻熱

二.電池熱模型建立

柱狀電池作為一個非等向性材料光其內部的熱傳導在軸向與徑向就有可能差了將近二十倍以上最理想的是使用電化學熱模型啥的要去跟電池廠要(反正我們是沒要到或者是根本沒問) 這個我們自己搞可以但你要有讀博士的決心或者找一位化工的朋友幫你目前我取捨後較為現實的設置方法為直接改一個固體的參數參數如下

並將其改為source terms(w/m^3) 意思即為一均勻之發熱體如上述，因此目前分析的方式將採用均質材料和source terms來進行均勻發熱模擬

三.散熱介質選用

四.外部流方案

五.內部流方案

喔對去翻規則應該會看到要絕緣的部分你各位別忘記了九代是用陽極去解決澳洲的瘋子monash也用過陽極這招來絕緣

實驗驗證方法

在九代部分因為就我所記得以來散熱這部分擺爛太久我也算是第一次做目標可以說是訂得挺抽象阿交給各位去改進了因此所訂定之目標相當簡單暴力取logger得到的平均時速反推電流將其直接套用內阻I^2R的功耗並抓大一點(一模組總共200w) 室溫設定為30度來確保散熱的冗餘設計(意即這代散熱部分的FOS抓爆幹大的)

在設計過程中經歷了強制空冷 base cooling side cooling

以柱狀電池的散熱方式來說其各優缺大概可以這樣分類

空冷輕簡單不用考慮防水絕緣缺點是通大氣要考慮一些封閉性問題 base cooling 如前述電芯的軸向(長邊)熱傳導係數大部分屌打徑向(短邊) 因此用base cooling是個效率不錯的選擇但電芯的熱容也大所以會有較嚴重的溫度梯度差當今天要壓縮電池模組空間而氣冷也不夠用的時候可以選擇base cooling 他可以盡可能的壓縮空間(電芯與電芯間隔) 體積一小對減重也可以帶來大量優勢 side cooling 沒做壞的話基本上散熱最好但最占空間也最難加工增加體積也會相對帶來變重的劣勢但不否認他是一個對於極限工況具有強大控制能力的一個方案而歐洲車隊基本上對於散熱大部分都是直接跑實驗畢竟對熱流有點概念的就知道熱這東西就是他媽的抽象基本上有錢做實驗去跑迭代後對於設計來說是最直觀且最準確的