动力电池热管理仿真：Starccm&Amesim冷媒直冷热仿真课程

主讲新能源汽车动力电池包热管理以及热仿真流程中涉及到的冷媒直冷系统开发以及仿真问题

动力电池直冷仿真课程视频介绍；

1. 几何模型前处理，模型简化+干涉处理+二次装配，依据仿真需求对电池结构进行解析，合理合适的简化。依据仿真条件增加合理的边界条件，更加真实的模拟实际工况。
   

2. Starccm模型前处理，压印+穿刺面处理+网格划分，5分钟解决大多数人头疼的数以百计千计的破损面/自由边/非流型边问题。快速便捷的实现对几何模型错误的修正，提高star-ccm的容错度，提高直冷仿真的精确度；电池包网格划分，讲解基于直冷仿真中对制冷剂的网格尺寸的控制方法；

3. 直冷仿真模型搭建的技巧以及参数应用细节，通过讲解直冷仿真模型的选择技巧以及各类参数的具体应用方式等讲解，帮助大家理解直冷仿真中，如何将真实的物理现象有效的简化为仿真中可以实现的模型，通过仿真模型高效的进行直冷系统的仿真评估；

4. 基于仿真结果所表现的信息，解读直冷仿真中应用的数据，通过数据的表现反向推导优化方向；

5. Amesim的直冷仿真，介绍如何使用Amesim搭建一维直冷仿真模型；

6. 直冷性能优化，通过行车工况、充电工况、高温、常温、低温等工况下的仿真结果分析，为大家解析直冷系统在不同工况下的表现以及针对不同结果所提出的优化方案，最终达到最优的温差控制和温度控制等目标；视频中将会讲解如何通过Amesim搭建放电、快充以及快充+静置+放电等循环工况的工况模型，实现在Amesim中完成热管理策略+工况切换的计算方式；

   直冷仿真模型已经能够完整的分析制冷剂的蒸发沸腾过程，体现蒸发过程的干度、过热度、蒸发温度、蒸发压力、焓差等参数，能够模拟PID控制逻辑，实现与整车同步的仿真控制能力。可以用来指导直冷板的方案设计，优化直冷系统温差等。

                                                                         沸腾温度

如上图，制冷剂在进口位置沸腾温度较高，主要是因为在控制出口压力的同时，进口压力会叠加压降，导致进口位置压力高，对应的沸腾温度自然也高些，随着制冷剂的逐渐蒸发，制冷剂逐渐转化成气态，并随着气态制冷剂的逐渐增加，气态制冷剂出现过热状态。由于气态制冷剂的热容小，无法吸收过热热量，因此气态制冷剂很容易出现过热，所以在制冷板的出口位置上体现出更多的是制冷剂的高温。这也是制冷剂在出口体现出过热的一直表现。

                                                                        冷板温度

冷板两侧温度过高，原因是我们讲过的出口侧气态制冷剂过热，无法吸收过多的热量，造成冷板局部温度高；也可以通过这里理解冷板作为均温板的同时，为何换要控制冷板板面上的温差。冷板的流道设计决定了60%-70%的板面温差，剩余的则由系统热负载以及工况等决定。

在考虑直冷板自身温差之外，必须更多的关注直冷系统的原因。一旦制冷剂出现过热状态，则制冷剂的冷却能力急剧下降。因此直冷系统要求控制出口过热度。以往，这部分工作只能通过繁琐的实验手段反复进行标定测试，以实现最佳的COP值以及电池系统的状态。

目前完全可以通过仿真手段，可以快速的确认系统在特定工况中，使用的制冷剂的流量、干度等数据，为系统的设计和标定等工作提供关键数据，减少实验的投入。

如上图中，通过监测冷板不同位置的温度，可以确认制冷剂在不同位置上的蒸发温度/实际温度，从数据曲线中，全程区域平稳的基本都是制冷剂的蒸发温度，后续逐渐温度上升的都是处于冷板出口位置，监测的温度已经是带有过热状态的气体温度，可以很好体现直冷板在运行过程中直冷系统的稳定能力，当所有曲线均区域稳定并接近蒸发温度时，则系统的冷却能力充足，完全能够冷却电池。图中，300s以后，监测的制冷剂温度逐渐升高，这部分已经代表了系统热负荷高于制冷剂的冷却能力。系统的温差逐渐开始增加，此时，可以通过调节制冷剂的流量和干度等，增加系统的直冷能力。也可以在仿真模型中搭建出口过热度与制冷剂流量等的控制模型，通过控制模型的不断优化，最终将制冷剂的出口过热度控制在要求范围内。

如上图中，直冷板出口过热度开始出现明显增加，后续过热度逐渐呈现增加趋势。控制模型的建立，可以依赖于出口过热度，以出口过热度作为阈值，调配流量；其次，在过热度作为阈值的基础上，还可以增加电池最高温度作为第二阈值，当电池最高温度达到某一值时，过热度是否触发都会触发温度阈值，进行流量等调配。这是可以在仿真中轻松实现的方法，通过在仿真中建立多目标的优化的方法，实现对系统最佳的控制策略优化，有利于指导整车能量流的优化，实现整车的最佳COP值；