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基于CFD的动力电池pack热仿真分析与研究

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基于CFD的动力电池pack热仿真分析与研究

作者：李睿沈阳理工大学

学位级别：硕士

在国家政策的驱动下,新能源汽车产业正进入蓬勃发展阶段,纯电动车、混合动力电动汽车等正大举进入汽车市场。而动力电池pack作为其核心动力来源,其安全性与稳定性的优劣是衡量电动汽车性能的重要指标。因动力电池对温度变化极为敏感,过... 详细信息

在国家政策的驱动下,新能源汽车产业正进入蓬勃发展阶段,纯电动车、混合动力电动汽车等正大举进入汽车市场。而动力电池pack作为其核心动力来源,其安全性与稳定性的优劣是衡量电动汽车性能的重要指标。因动力电池对温度变化极为敏感,过高温、过低温均会对电池的使用安全、寿命长短有所影响,故对动力电池热管理系统进行研究,设计合理高效的冷却散热结构,使电池工作的温度适宜稳定,以防电动汽车行驶中因电池温度剧烈变化而出现危险则至关重要。本文采用数值模拟、理论分析等方法,主要针对电池pack与冷却流道设计等问题展开分析与研究。首先,对现今市场锂电池的类别、结构与工作机理进行概括,在产热理论、传热机理指导下构建电池热模型,计算获得所需的热物性参数。然后利用CFD软件STARCCM+进行仿真计算,发现在低倍率、常温、高换热系数情况下,电池的热状态更为合理。其次,在电池单体成pack的基础上,设计了三种新型液冷流道结构,结合VOF仿真与流固耦合仿真,从冷却液灌满率、温控、温均、压力压降损失、流速分布、热通量、节能性等综合评价三者性能。通过对比分析发现,均布式翅型结构虽然在压降损失上表现良好,但其流量不均匀,对电池模块的温控温均控制不足;曲线式“王”型流道结构与交互式“工”型流道结构在各方面性能均符合设计要求,且曲线式“王”型流道结构下散热效果最优:冷却液可在18秒内充满液冷流道,冷却液流速均匀,高温工况下电池pack最高温度可降低至32℃以下,温差控制在5℃以内,压力控制在30000Pa以内,压降损失量与热通量合理。最后,结合单一变量原则分析了环境、冷却液间温差、质量流量、冷却液体积浓度等因素对散热效果的影响,对比发现当环境温度与冷却液温差处于4～6℃时,散热效果最佳;冷却液质量流量对散热效果影响较大,质量流量的扩大,使得模块内温升与最大温差均逐渐降低,但超过10L/min后散热效果明显有所下降;冷却液体积浓度对电池pack散热效果影响较小,体积浓度越小,液冷散热效果越好,但变化幅度不剧烈,可结合实际情况进行适当的体积浓度调整。

关键词：动力电池pack 热管理液冷流道设计液冷散热热仿真分析

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矿用隔爆型电控箱水冷管散热结构优化设计

矿山机械 2024年第5期52卷 55-58页

作者：孙瑞彩煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤矿应急避险技术装备工程研究中心北京100013 北京市煤矿安全工程技术研究中心北京100013

针对矿用隔爆型电控箱内部控制器、变压器发热量大等问题,优化了箱体内散热结构,通过仿真软件分析了相同材料的单层、双层水冷管结构在同一环境下的散热能力,得出箱体内部温度场及水冷管内流体温度分布,并对散热结构进行理论计算。对比... 详细信息

针对矿用隔爆型电控箱内部控制器、变压器发热量大等问题,优化了箱体内散热结构,通过仿真软件分析了相同材料的单层、双层水冷管结构在同一环境下的散热能力,得出箱体内部温度场及水冷管内流体温度分布,并对散热结构进行理论计算。对比优化前后的仿真结果和计算数据,结果表明,优化后的双层水冷管散热效果更好、散热能力更强。

关键词：散热结构水冷管热仿真分析温度场

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电气设备的温升试验与热仿真分析

电子技术(上海) 2023年第8期52卷 26-27页

作者：汪子翔中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广东510700

阐述电气设备温升试验和热仿真分析的过程。温升试验记录了设备在不同工作条件下的温度变化,得出了设备的热特性。利用热仿真分析技术,预测设备在不同工作条件下的温升状况。

关键词：温升试验热仿真分析预测状况

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一种高耐候性牵引辅助变流器热仿真分析

铁道机车车辆 2021年第6期41卷 59-63页

作者：宫帅刘直殷振环宋术全北京纵横机电科技有限公司北京100094

随着我国高速动车组逐步走向世界,高速动车组面临世界各地巨大的气候差异,要求高速动车组必须具有高耐候性,而作为高速动车组核心部件之一的牵引辅助变流器,亦需要满足高耐候性要求。文中以高速动车组牵引辅助变流器样机为例,利用计算... 详细信息

随着我国高速动车组逐步走向世界,高速动车组面临世界各地巨大的气候差异,要求高速动车组必须具有高耐候性,而作为高速动车组核心部件之一的牵引辅助变流器,亦需要满足高耐候性要求。文中以高速动车组牵引辅助变流器样机为例,利用计算流体力学软件FloTHERM进行热仿真分析,在软件中建立了相应的仿真计算模型,通过对于样机进行温升试验验证了所建立模型的准确性和计算的可行性。在环境温度为-50℃和40℃这2种极端温度下,利用建立的仿真模型进行牵引辅助变流器的热仿真分析,得到了极端工况下牵引辅助变流器中功率模块的温升变化,为高耐候性牵引辅助变流器的设计提供了参考。

关键词：高速动车组牵引辅助变流器高耐候性功率模块热仿真分析

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某系统封装产品的热仿真分析

计算机工程与科学 2005年第2期27卷 92-94页

作者：景麦丽刘丽川王更骊山微电子公司陕西西安710075 深圳中兴通讯股份有限公司西安研究所陕西西安710065

抗恶劣环境计算机是否能够承受温度冲击直接影响着产品的可靠性。为了确定某系统封装(SIP)产品在环境温度急剧变化时的适应性,本文用ANSYS软件对该系统进行了计算机仿真,经过熟分析和热场-结构场耦合分析,找出了最佳的耐温度冲击的设... 详细信息

抗恶劣环境计算机是否能够承受温度冲击直接影响着产品的可靠性。为了确定某系统封装(SIP)产品在环境温度急剧变化时的适应性,本文用ANSYS软件对该系统进行了计算机仿真,经过熟分析和热场-结构场耦合分析,找出了最佳的耐温度冲击的设计方案。

关键词：计算机系统封装热仿真分析可靠性

基于Flotherm的电子电路热仿真分析与研究

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现代电子技术 2015年第6期38卷 16-19,24页

作者：钮冬科金晓怡张向伟周强上海工程技术大学机械工程学院上海201620

在阐述电子设备热仿真分析重要性的同时,简单介绍了电子设备传热类型,并对热分析软件的基本理论进行解析。介绍了热分析软件Flotherm的功能特点及应用范围,并以教学机器人PCB控制板为研究对象,用Flotherm软件对其电子电路进行热仿真分析... 详细信息

在阐述电子设备热仿真分析重要性的同时,简单介绍了电子设备传热类型,并对热分析软件的基本理论进行解析。介绍了热分析软件Flotherm的功能特点及应用范围,并以教学机器人PCB控制板为研究对象,用Flotherm软件对其电子电路进行热仿真分析,详细讲述了计算模型的建立、边界条件设置、网格划分、结果分析及优化处理等操作。通过仿真分析数据与实验结果比较,发现热仿真分析存在一定误差,分析研究误差存在的主要因素,提出通过优化操作的方法减小误差,达到较高的热分析精度,满足使用需求。

关键词：机器人热仿真分析 Flotherm 误差分析

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计算模块印制电路板的热设计和热仿真分析

机电信息 2019年第20期 81-83页

作者：令狐克均饶应明刘忠翔李杨贵州装备制造职业学院

首先建立了某电子设备计算模块印制电路板的三维模型,然后依据热传学理论,使用有限元分析软件ANSYSWorkbench对三维模型进行了热仿真分析,最后获得了计算模块印制电路板的温度场,热分析结果为印制电路板的结构设计及布局提供了参考.

关键词：印制电路板热仿真分析 ANSYSWorkbench 温度场

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印制电路板详细模型的热仿真分析

机械设计与制造工程 2016年第1期45卷 52-55页

作者：马岩中国电子科技集团公司第二十研究所陕西西安710068

热设计对提高电子设备运行的可靠性具有十分重要的意义,是电子设备结构设计中的重要环节。采用热分析软件ANSYS Icepak对某信号处理模块印制电路板建立了PCB的详细模型,并基于有限元理论对其进行了热仿真分析,获得了温度分布、导热系数... 详细信息

热设计对提高电子设备运行的可靠性具有十分重要的意义,是电子设备结构设计中的重要环节。采用热分析软件ANSYS Icepak对某信号处理模块印制电路板建立了PCB的详细模型,并基于有限元理论对其进行了热仿真分析,获得了温度分布、导热系数分布和气流分布情况,为进一步进行PCB结构优化及布局优化提供了参考。

关键词：热设计印制电路板详细模型热仿真分析

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户外机柜的热仿真分析

CAD/CAM与制造业信息化 2010年第9期 56-58页

作者：郭胜军朱云霄刘二恩许继集团有限公司

本文运用有限元分析软件,对密闭户外机柜及内部设备进行热分析。针对不同结构方式、机柜内部不同流体控制方式,对机柜内部流体运动及温度场分布情况进行仿真模拟分析,获得在不同情况下内部流场、温度场的变化情况,从而为实际应用提供一... 详细信息

本文运用有限元分析软件,对密闭户外机柜及内部设备进行热分析。针对不同结构方式、机柜内部不同流体控制方式,对机柜内部流体运动及温度场分布情况进行仿真模拟分析,获得在不同情况下内部流场、温度场的变化情况,从而为实际应用提供一个理论支撑。

关键词：热仿真分析机柜户外有限元分析软件温度场分布流体运动内部设备结构方式