电动汽车电池包热仿真全面教程：一步步掌握技巧
大家好，今天来为大家解答电动汽车电池包热仿真全面教程：一步步掌握技巧这个问题的一些问题点，包括也一样很多人还不知道，因此呢，今天就来为大家分析分析，现在让我们一起来看看吧！如果解决了您的问题，还望您关注下本站哦，谢谢~
本案例主要是一个电封装Pack整个封装的热仿真计算。详细讲解了电池组CAD模型的修复流程、CAD模型导入Icepak、Icepak热模型的修复、Icepak热模型的网格划分过程和修复、求解计算的设置，直至最终的后处理显示，并提出热流优化的方向。通过逐步的讲解，用户可以了解到：
SCDM 修复此类电池组的技巧和规则
如何使用SCDM将CAD模型导入Icepak
Icepak热模型的网格划分技术
热模型解计算设置
Icepak后处理结果显示
SCDM版本要求为18.1以上
1.问题描述
对于电动汽车来说，电池组的热控制（冷却、加热）非常关键。本例电池包模型主要包括Pack外壳、多个电池模组、电池模组支架、出风口和三个轴流风扇；对于此类机箱热仿真，需要输入风扇本身的P-Q曲线，并设置电池组各部件的材料特性（尤其是导热系数）和散热情况；在计算强制风冷的同时，还考虑了电池组外部空气区域与壳体之间的自然对流和辐射传热计算。
图1 电池组散热案例
2. CAD模型修复
1、使用SCDM打开电池组模型，选择模型树下所有名为luosi的设备，右键删除这些几何体；
图2 打开电池组CAD模型
2. 使用SCDM的Split Body命令选择Pack底壳的内表面，并将底壳与其他五个侧面分离；
其他五个面相对较薄，将使用壳单元建立热模型，而底壳则使用实体模型；
图3 电池组外壳的划分
3、选择SCDM主菜单栏中Workbench下的打开命令，然后用鼠标选择外壳左右两侧和后侧（安装风扇的一侧）的外表面； SCDM自动生成开盘开盘模型；
图4 生成开局
4、使用Workbench下的仿真简化命令，类型中选择level 0，然后将shell转换为block；
图5 简化外壳
5. 点击WB菜单下的识别对象，SCDM会将认可的模型（壳单元、长方体、圆柱体）转换为Icepak热模型；点击显示-非模拟体可以查看未转换的几何体；点击风扇命令，然后单击鼠标左键选择风扇入口半径和轮毂半径即可完成风扇换算；依次转换另外两个风扇；
再次点击显示——非模拟主体；
图6 改装风扇
6、选中一个固定括号，右键--隐藏其他；选择支架上的安装孔，点击左侧选择面板，然后点击等于或小于4.25mm的孔，点击填充命令，支架上的孔消失；
图7 填充支架孔
使用Split Body命令将支架两端的梯形凸台结构与支架分离（尽量将模型做成规则的几何形状以利用网格）
图8 分体支架凸台
7、调整视角，如下图所示，点击Split Body命令，用下图中的橙色面切割固定框；然后使用WB - Level 0下的Simulation Simplification将下图中的橙色几何体转换为Cuboid Block；转换后的长方体会干扰电池。在热仿真模型中，只需保证电池本体的优先级高于实心支架即可。
图9 分体简化支架（1）
8. 选择下图中的橙色曲面及其相对面（与其平行，在视图区域中未显示），单击“Split Body”命令，SCDM 会将空心结构的固定支架切割成多个长方体（使用WB-模拟简化——1级还可以自动剪切转换）；点击WB下的识别对象，这些规则的几何形状会自动转换为Icepak热模型；其他3个固定支架也进行6）至8）相同的操作；
图10 分体简化支架（2）
9、单独显示一个电池芯；用鼠标选择下图中标记的螺母和凸台特征，然后单击填充命令。 SCDM会自动删除这些几何特征（本例假设螺母拧紧，忽略接触电阻和热损失）；保留电池本体、正极柱和集电板（绿色部分）、负极柱和集流板（粉色部分）；使用WB—Simulation Simplification—Level 1自动切割转换电池体为Icepak热模型（因为原来的CAD电池体结合了极耳、电池体、集流板，所以必须进行切割转换才能将其分离） ）；对所有其他电池体进行类似的命令操作；
图11 简化的电池电极分割
10、根据下图所示的电流方向和单体电池正负极标注示例，对模型树下所有电池的正极及集流板、负极及集流板进行重命名；
图12 重命名电池电极和集流板
11、点击显示-非模拟体，查看未转换的几何体；点击WB-Simulation Simplification-Level 1，一定要勾选选项中的Allow splitting，然后选择所有铜排（用于并联和串联电池连接），自动转换为多个长方体；完成CAD模型的修复和改造；
图13 简化的铜总线
12、勾选复选框，显示模型树下的所有设备，并对部分模型进行重命名（SCDM生成的新模型，名称为汉字）；单击“保存”；
图14 显示所有设备
3. CAD模型导出
点击文件-另存为，在对应的项目目录下新建一个文件夹，命名为（dianchiThermal），打开该文件夹；保存类型中选择Icepak工程（*.icepakmodel），然后点击保存即可完成Icepak热模型的输出；可以单独启动Icepak，直接打开dianchiThermal工程。
图15 导出CAD 模型
4. Icepak热模型修复
假设读者熟悉Icepak软件的相应命令，部分操作不会在截图中显示。
1、各部件材料及热耗说明：
电池正极柱和集流板材质为铝（导热系数205w/m.k），负极柱和集流板材质为纯铜；电池本体的导热系数是各向异性的，其中X方向的导热系数为1.5w/m.k，Y\Z方向的导热系数为30w/m.k；在20的环境下，该电芯在1C恒流放电条件下的热耗为1.5w；
电池组外壳及固定电池的支架采用SPCC钢制成，导热系数为48w/m.k；
串并联电池之间的连接件为铜排，材质为纯铜；
风机的P-Q曲线如右表所示，以后可以直接输入到风机模型中。
图16 电池型号和风扇P-Q值
2、选取顶壳板，向下移动1.5mm（实心顶壳的厚度），使顶壳能够贴在电池极上；使用边缘对齐命令将前、后、左、右壳的顶边与顶壳的边对齐；
3、创建新材料，命名为SPCC，导热系数为48w/m.k；选择所有Plate shell单元型号，点击编辑按钮，在属性中选择接触电阻，输入厚度1.5mm，选择SPCC材质；底壳为实体模型输入SPCC 材料；所有固定支架输入SPCC材料；
图17 新SPCC 材料
4、使用move命令使风扇与后壳接触（或使用facealign命令）；打开风扇编辑窗口，选择Fan type为Internal，保持Flow Direction为Positive，在fan flow中选择Non-linear，输入风扇本身的P-Q曲线；打开开口的属性面板并删除所有复选框
图18 风机P-Q曲线输入及参数设置
5.创建具有各向异性导热率的新材料DC。本例中，X方向为电池的厚度方向，Y/Z为高度和宽度方向；选择所有电池型号，打开多体编辑面板，选择DC材质，输入热耗1.5w；
选择所有负极柱和集流板，材质输入纯铜；不修改正极材料和连杰珠型号的材料属性，默认为铝；电池串并联的铜排采用纯铜材料。
图19 电池材料设置
6、双击Cabinet，打开计算区域编辑窗口，修改各个方向的数值，向外扩展100mm；
并在其属性中，将“默认”修改为“打开”。
图20 机柜参数设置
7、右键选择模型-排序-网格划分优先级，然后选择模型树下所有铜排连接模型（名为连杰），然后向上移动，确保它们的优先级低于正极和负极；同样，选择所有连杰珠模型下移，确保其优先级高于固定支架古丁之家模型。
图21 模型优先级调整
5. Icepak热模型的网格划分
1.选择模型树下的所有设备（除了计算区域的箱体和箱体设置的开口），右键-创建装配体，双击创建的装配体，在其属性中输入Slack值10mm区域，其他保持默认设置；
图22 装配体建立（1）
2、点击Shift+鼠标左键，选择下图中对应区域的器件（包括联捷铜排、正负极、集流板等），右键—创建组件，双击创建好的Assembly，在其属性区输入Slack值为2mm，其他保持默认设置，为Pack电池组上部空间所包含的小尺寸器件建立不连续的网格；同样，对于Pack电池组的下部选择空间区域，右键-Create assembly，输入Slack值2mm，其他保持默认设置，完成不连续网格的建立。
图23 装配体建立（2）
3、打开网格划分面板，设置参数如下图，点击Generate对热模型进行网格划分；网格总数为3024008，消息窗口显示网格质量0.0508637；点击Dispaly对各个设备的表面进行网格划分，对体积网格和截面网格进行了检查，发现固定支架的梯形几何网格与机身不贴合，必须进行局部加密，以保证网格能够贴合热模型。
图24 网格划分设置
4、在模型树下选择需要加密的几何体（梯形固定框），单击右键，选择编辑网格参数，在弹出的面板中输入Side1 Count、Side2 Count、Side3 Count、Side4。 Count 值为12，表示在这4 条边上划分了12 个网格。然后点击网格划分面板中的Local和Generate进行网格划分；或者直接打开网格划分面板，点击Local，然后选择梯形几何体并输入相应的值，点击Done，然后点击Generate进行网格划分。 （梯形名字好的话，选起来就容易了）
图25 网格加密设置
5. 网格总数为3344452。单击“显示”并选择梯形几何图形。网格可以保持原来的梯形形状；点击Quality，网格质量对齐率为0.177983-1，网格质量明显提升；
图26 检查网格质量
6. Icepak热模型求解计算
点击基本参数，选择辐射模型，选择流动状态为紊流，勾选自然冷却重力方向，其他保持默认设置；点击基本设置，设置迭代步数；打开并行设置，设置多核并行计算；在模型树下选择某一个将电池体拖至Points，设置温度监控点，同时设置速度监控点；然后点击求解计算按钮进行解计算，直至计算收敛。
图27 解计算设置
7. Icepak热模型后处理显示
1. 单击对象面可显示多个或单个几何图形的温度分布；
图28 几何体温分布云图
2. 点击平面切割，显示切割面的温度和速度分布； （明显气流短路现象）
图29 断面温度和速度分布云图
3. 点击对象面，显示电池组内部气流轨迹图；单击“报告- 风扇工作点”以显示风扇工作点。
图30 电池组内部气流轨迹图
4. 在视图区域中选择电池体，然后在模型树下右键单击以打开摘要报告面板。可以统计所选电池组的最高温度、最低温度、平均温度等。
图31 电池组模型温度统计设置
5、电池组温度定量统计表
图32 电池组温度定量统计
8. Icepak热模型优化方向
通过前面的计算可以发现，电池组内存在气流短路，不利于散热。可以通过修改电池组外壳或在电池组内部增加导风板来消除气流短路。相应的措施如下图所示。展示。 （也可以在进风腔区域设置导流板，以消除涡流区域，降低系统阻力，如右图中红色标记线。）经过优化计算可以发现电池组的最高温度已降低。约3C。
图33 偏转器设置
图34 优化设计模型温度云图
9. 总结
本案例主要介绍了使用SCDM修复风冷电池组的CAD模型，讲解了CAD模型导入Icepak、Icepak热模型的修复、Icepak热模型的网格划分过程和修复，解算设置、后处理展示整个电池包Pack的热流仿真计算过程，并提出整个电池包热流优化的方向。
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用户评论
这篇教程真是太棒了！电动汽车电池包的热仿真步骤讲得非常清晰，尤其是对各个细节的讲解。我一直对电池的热管理很感兴趣，这里的信息让我受益匪浅，完美的入门指南！
有19位网友表示赞同！
我之前对电动汽车电池包的热仿真没太多了解，看了这个教程后，感觉有些概念渐渐明白了。不过，如果能加入更多实例分析就更好了，理论知识虽然重要，但实操经验同样不可或缺。
有11位网友表示赞同！
抱歉，这篇教程让我有些失望。内容的深度和广度都不太够，电动汽车电池包的热仿真涉及的技术细节应该更深入探讨。希望后续能有更全面的更新，期待看到更多专业的讨论。
有8位网友表示赞同！
非常实用的教程！作为一名电动汽车爱好者，我一直对电池包的热仿真充满好奇。这篇文章不仅讲解得详细，图示也很清楚，让我能够一步步跟着操作，真的很感谢分享！
有5位网友表示赞同！
我觉得这篇教程可能对某些初学者有帮助，但作为一个有点基础的人来看，内容还是显得有些单薄。我希望作者可以考虑将一些复杂的工程问题加进来，让内容更丰富。
有5位网友表示赞同！
电动汽车电池包的热仿真确实是一个令人着迷的领域。这篇教程虽然内容丰富，但我觉得对于某些专业术语的解释还不够到位，有时候让我觉得很困惑。如果能提供一些简化的概念介绍，那就完美了！
有15位网友表示赞同！
这篇教程对我帮助很大！电池包的热管理确实是个复杂的话题，作者用简单易懂的方式将步骤分解，让我在学习过程中不再迷茫。希望能看到更多相关的实用内容！
有17位网友表示赞同！
刚开始接触电动汽车电池包热仿真，抱着学习的心态阅读了这篇文章。感觉还不错，虽然有些地方讲解得不够深入，但作为入门是可以的。慢慢来，总会学到更多的！
有12位网友表示赞同！
作为一名电动车行业的从业者，我对这篇教程的评价略显矛盾。虽然它提供了一些基础知识，但是深度不够，让我在实际应用中感到些许不足。不过，我还是希望能看到后续的更新！
有5位网友表示赞同！
这篇热仿真教程简直是我在电动汽车领域遇到的宝藏！每个步骤都详细得让人过目难忘。感谢作者的用心，期待今后能够学习到更多更深入的技术！
有10位网友表示赞同！
我觉得这篇教程对我帮助不大，因为我对电动汽车电池包热仿真已有一定了解。虽然知识框架有，但深度不足，可以考虑加入一些先进的案例或行业技术的发展趋势，那会让文章更具吸引力。
有14位网友表示赞同！
论文很完美，恰好我最近在进行类似的项目，急需这方面的信息。电动汽车电池包的热仿真需要注意的细节真不少，感谢作者分享了如此详细的步骤，我马上就要试试了！
有7位网友表示赞同！
看完这篇文章后，心中满是疑问！虽然有些地方讲解清晰，但整体感觉不够系统。尤其是对技术背景的阐释，让人觉得有点不知所措。有些术语甚至让我看得一头雾水，希望能有更详细的解读。
有9位网友表示赞同！
这真是个极好的开始！电动汽车电池包热仿真是个复杂又重要的环节，感谢作者将其拆分成易懂的步骤，帮助我们更好地理解。希望未来能有更多实用的帖子分享！
有9位网友表示赞同！
说实话，我本来对电动汽车不感兴趣，但这篇热仿真教程让我打开了新世界的大门。虽然我依然是个新手，但看到这样清晰的讲解真的让我重新考虑学习这个领域。
有5位网友表示赞同！
看完教程后，我有些失落。虽然提供了一些基础知识，但对于某些复杂概念并没有很好的解释，让我对热仿真的理解停留在表面。建议作者能更深入一点，提供更多实例有效帮助读者的理解。
有11位网友表示赞同！
这篇内容真是给我带来了很多启发！电动汽车电池包的热仿真原来可以这么有趣，感觉像解密一样，每一步都让我更靠近真相。希望能看到更多这样的教程，继续鼓励我们去探索！
有18位网友表示赞同！
很高兴能找到这样一篇实用的教程。电动汽车电池包的热仿真确实是个挑战，作者的Step by Step方法让我轻松应对，期待你们能继续分享更多实用的技术知识！
有20位网友表示赞同！
我觉得这篇文章还不错，尤其是步骤拆分得当，让我在操作时更有信心。然而在细节上希望能更加严谨，特别是在某些关键参数的选择上。如果作者可以添加一些高级技巧或注意事项，那会帮助很多人。
有8位网友表示赞同！