張鵬，朱林培，熊飛，段德昊

插電式混動汽車電池包熱傷害仿真分析*

張鵬，朱林培，熊飛，段德昊

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

電式混動汽車受限于下車體布置空間限制，高溫排氣管路與電池包布置均較近，而電池包受排氣管路熱輻射影響極易產(chǎn)生電芯高溫熱傷害的問題進而影響行車安全，因此插電式混動汽車電池包熱防護設(shè)計就顯得極為關(guān)鍵，本文基于Star-ccm+s2s熱輻射模型，完成了某插電式混動汽車電池包熱傷害仿真分析，并進行實車試驗驗證，仿真誤差低于6%，符合工程設(shè)計需求。

插電式混合動力汽車；電池包；熱傷害；仿真

前言

插電式混合動力汽車由于布置空間限制，經(jīng)常會出現(xiàn)高溫排氣管路與電池包布置距離過近的問題，進而會導(dǎo)致嚴重的電池包熱傷害問題影響動力電池的使用壽命與行駛安全。因此針對電池包的熱害防護設(shè)計在整車熱管理中至關(guān)重要。

車型開發(fā)過程中，熱害實驗需要待樣車制作完成后才可進行，且實驗成本高、實驗周期長；本文通過仿真的方法可以最大限度的節(jié)約實驗成本，縮短開發(fā)周期。

1 輻射傳熱計算理論

兩物體間輻射傳熱的速率可表示分別為兩物體的表面溫度；一物體的表面面積；以為基準的角系數(shù)，代表一物體輻射出去的能量投射到表面的分率，它取決于兩物體的形狀、大小和相對位置；為總輻射系數(shù)，其值與兩物體的黑度、大小、形狀和相對位置有關(guān)[1]數(shù)值計算遵從斯蒂芬-玻爾茲曼定律及蘭貝特定律。

1.1 斯蒂芬-玻爾茲曼定律

1.2 貝蘭特定律

2 電池包建模與仿真求解

2.1 幾何模型

本文電池包結(jié)構(gòu)如圖1所示，電池包由模組、殼體、BMS、PDU構(gòu)成。

圖1 電池包結(jié)構(gòu)

2.2 仿真模型

散熱器網(wǎng)格采用混合網(wǎng)格劃分，排氣管路、隔熱罩、下車體采用四邊形與三角形混合殼單元，電芯與電池包殼體采用六面體單元?？偩W(wǎng)格數(shù)量2061425，經(jīng)網(wǎng)格無關(guān)性驗證后，該網(wǎng)格量可以滿足計算精度。

圖2 電池包熱害仿真網(wǎng)格模型

2.3 邊界與求解設(shè)置

根據(jù)各部件材料設(shè)置各部件物性參數(shù)。排氣管路表面溫度分布如下圖所示進行設(shè)置。

圖3 電池包結(jié)構(gòu)

環(huán)境溫度及初始溫度均設(shè)定為40℃，收斂條件設(shè)置為5e-7。

3 結(jié)果分析

3.1 仿真結(jié)果

電池包模組表面最高溫度出現(xiàn)在模組上殼體表面，最高溫度49.2℃，并且呈現(xiàn)出靠近排氣管側(cè)溫度較高的現(xiàn)象，且未被隔熱罩防護的角部溫度明顯高于模組殼體中心溫度。

圖4 仿真結(jié)果

3.2 精度分析

在環(huán)境倉中進行了整車環(huán)模實驗，實驗條件為環(huán)境溫度40℃，光照強度800w/m2。

圖5 環(huán)境模擬實驗

表1 仿真與實驗數(shù)據(jù)對比

仿真結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比，電池與殼體溫度誤差均在4%以內(nèi)，PDU與BMS出現(xiàn)實驗溫度高于仿真溫度的現(xiàn)象，經(jīng)過分析可能為PDU與BMS自身工作發(fā)熱導(dǎo)致部件表面溫度有一定的升高，但誤差在6%以內(nèi)，滿足工程設(shè)計需求。

4 結(jié)論

對于PHEV車型，進行電池包熱傷害分析具有較高的分析精度，可在前期用于指導(dǎo)熱防護結(jié)構(gòu)設(shè)計縮減實驗輪次，而且可以在樣車試制前進行電池包熱害風險評估與優(yōu)化，節(jié)約開發(fā)時間成本。

[1] 楊世銘,陶文銓 .傳熱學[M].高等教育出版社,2006(8):351-393.

[2] 陶文銓.數(shù)值傳熱學（第2版）[M].西安:西安交通大學出版社.

[3] 操倩等.基于CAE對某車型駕駛艙熱害的整改設(shè)計研究[J].機械, 2015(9):41-43.

[4] 沈維道.工程熱力學[M].高等教育出版社,2007(6):36-40.

[5] 倪誠明.電池熱管理系統(tǒng)設(shè)計分析[J].潔凈與空調(diào)技術(shù),2018(01): 57-60.

Simulation Analysis of Thermal Damage of Plug-in Hybrid Car Battery Pack*

Zhang Peng, Zhu Linpei, Xiong Fei, Duan Dehao

( Guangzhou Automobile Group Co., Ltd. Automotive Engineering Institute, Guangdong Guangzhou 511434 )

The plug-in hybrid car is limited by the space limitation of the lower body. The high-temperature exhaust pipe and the battery pack are arranged close to each other, and the battery pack is easily affected by the heat radiation of the exhaust pipe. In addition, it affects the safety of driving. Therefore, the thermal protection design of the plug-in hybrid car battery pack is extremely critical. This paper uses the Star-ccm+ simulation program to complete the simulation analysis of the thermal damage of a plug-in hybrid vehicle battery pack based on the S2S thermal radiation model. And carry out real vehicle experiments, the simulation accuracy is less than 6%, in line with engineering design needs.

Radiator;Plug-in hybrid car;Battery pack;Thermal damage;Numerical analysis

U467

A

1671-7988(2019)13-28-02

U467

A

1671-7988(2019)13-28-02

張鵬，就職于廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，從事新能源汽車熱管理分析研究。

國家重點研發(fā)計劃資助（編號：2017YFB0103300）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.010