動力電池冷卻系統流量仿真

高蒙蒙，劉建祥，朱增懷，吳義磊，崔敏

?

動力電池冷卻系統流量仿真

高蒙蒙，劉建祥，朱增懷，吳義磊，崔敏

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

文章介紹Flowmaster軟件在冷卻系統設計中的應用，在選擇水泵的型號時，軟件可以計算得到系統的流阻需求。在水泵選型后，軟件可以計算水泵各轉速下系統的流量大小，確認其性能是否滿足需求。

動力電池；水泵；流量仿真

前言

純電動汽車因動力來源不是發動機而不能使用機械水泵，電子水泵由電池提供動力，如果水泵性能過剩就會加速電池電量的消耗，增加客戶的續航焦慮；如果水泵性能不足就會降低電池的散熱能力，電池在高溫條件下工作會降功率輸出甚至熱失控[1]。因此為使冷卻系統性能充分發揮，水泵的選型和策略的標定非常重要。

1 分析流程

在選擇水泵的型號時，搭建動力電池的一維冷卻系統模型，此時模型中水泵元件用通用元件代替，計算某流量下系統的總流阻；選擇合適的水泵后，需開展校核工作，將前期模型中的通用元件換成水泵元件，模擬水泵在不同轉速時系統的流量是否匹配冷卻需求流量，如果滿足則仿真結束，如果不滿足，重新選擇水泵的型號后重復以上仿真。

2 搭建模型

2.1 零部件技術信息

模型中元件性能的輸入非常重要，輸入越精確，那么仿真結果的精度越高。本次仿真需要的信息主要是零部件的流阻性能和冷卻管路尺寸。前者通過廠家獲取，一般通過測試或者CFD仿真得到流阻測試結果，使用數據前進行簡單判斷，將該數據與數據庫中相似的零部件性能做比較，如果基本相同則證明數據在傳遞的過程中沒有出現差錯，如果相差較大則再次聯系廠家進行確認。冷卻管路尺寸主要可以使用三維模型測量得到或者借助專業軟件，目前商業公司已開發出可以將三維管路信息轉換到Flowmaster中管路元件的軟件，這一軟件提高了復雜系統管路數據采集的效率，也消除了人工測量時產生的誤差。

（1）冷卻器有4個點數據，4L/min@3kPa、6L/min@ 5.58kPa、8L/min@9.15kPa、10L/min@12.84kPa，在軟件中擬合得到圖1。

圖1 冷卻器流阻曲線

（2）電加熱器有5個點數據，2L/min@3kPa 、4L/min @4.5kPa、6L/min@6kPa、8L/min@7.4kPa、10L/min@9.1kPa，在軟件中擬合得到圖2。

圖2 電加熱器流阻曲線

（3）動力電池有2個點數據，10L/min@22kPa、20L/min @50kPa，在軟件中擬合得到圖3。

圖3 電池流阻曲線

2.2 建立模型

圖4 冷卻系統模型

某動力電池冷卻系統較為簡單，其結構組成包含起冷卻作用的冷卻器、起低溫加熱作用的電加熱器、水泵等，通過串聯的方式進行連接。按照動力電池冷卻系統原理圖建立圖4中的仿真模型。

3 基本校核

通過動力電池發熱量，可以得到動力電池流量需求為10L/min，下表1中流量為10、15、20L/min時，系統總流阻和主要零部件的流阻。

表1 系統總流阻和主要零部件的流阻

電池冷卻系統流量為10L/min時，總流阻為45.4kPa，根據公式P=ρgh，得到該流量下的揚程為4.63m，由水泵的性能（圖5）和插值計算可知，水泵轉速超過3611r/min就能夠克服，達到目標。

4 模型校核

圖6 冷卻系統模型（載入水泵）

首先將上邊模型中的通用元件更換為水泵元件，然后把水泵的技術信息和性能參數輸入水泵元件，得到圖6所示模型，最后計算不同轉速下系統各點的流量和壓力，結果顯示：

1）水泵轉速達到轉速3680r/min時，水泵出口流量達到10L/min；

2）水泵轉速達到最高轉速4400r/min時，水泵出口流量為13.28L/min。

5 結論

在為冷卻系統選擇水泵時，首先通過Flowmaster軟件計算出系統的總流阻，提出水泵的需求條件，然后聯系廠家選擇適合的水泵，型號確定后，通過模型校核水泵在不同轉速下系統各點的流量和壓力，本次仿真結果滿足散熱的流量需求，仿真結束。

[1] 扶原放,劉朝暉,張玲,劉萌.純電動汽車動力電池包散熱數值仿真研究[J].新能源汽車,2017.

Flow simulation of power battery’s cooling system

Gao Mengmeng, Liu Jianxiang, Zhu Zenghuai, Wu Yilei, Cui Min

（JAC Automobile Group Co., Ltd., Technology Center, Anhui Hefei 230601）

This paper introduces the application of flowmaster software in the design of cooling system. When selecting the model of water pump, the software can calculate the flow resistance demand of the system. After selecting the type of water pump, the software can calculate the flow rate of the system at each speed of water pump and confirm whether its performance meets the requirements.

Power battery; Water pump; Flow simulation

B

1671-7988(2018)16-05-03

U469

B

1671-7988(2018)16-05-03

CLC NO.: U469

高蒙蒙，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.002