某純電動公交的電池艙散熱仿真分析

陳慧清　孫榮軍

摘 要：對某純電動公交的電池艙開展仿真計算，結(jié)合空氣動力學(xué)的相關(guān)模型，分析電池布局及艙門格柵的合理性，并提出整車電池艙的整改方案。

關(guān)鍵詞：純電動公交 電池艙 格柵 仿真

Simulation Analysis of the Heat Dissipation of the Battery Compartment of a Pure Electric Bus

Chen Huiqing，Sun Rongjun

Abstract：The article carries out simulation calculation on the battery compartment of a pure electric bus， and analyzes the rationality of the battery layout and door grille combined with related aerodynamic models， and proposes a rectification plan for the battery compartment of the vehicle.

Key words：pure electric bus， battery compartment， grille， simulation

隨著純電動公交的發(fā)展，電池艙散熱問題越發(fā)突出;其中動力電池的布置、電池艙格柵開口方向和數(shù)量是影響散熱的主要因素。為此本項目選取10.5米純電動公交作為建模車型（如圖1）。

1 高溫高速環(huán)境下的側(cè)艙及后艙散熱情況

本項目首先完整的還原全車模型，并進(jìn)行網(wǎng)格化，網(wǎng)格總數(shù)高達(dá)3500萬左右。之后借助Fluent仿真軟件開展計算工作。邊界條件如下：

（1）車輛行駛速度為50km/h，環(huán)境溫度為35℃。（2）PACK箱入口風(fēng)速為0.5m/s，PACK箱內(nèi)電池為均勻發(fā)熱體，電池壁面溫度為45℃。（3）電池艙的壁面、PACK 箱的壁面為絕熱壁。

不考慮PACK箱連接線和支架對氣流組織的影響。

整車電池艙的溫度分布如圖2所示：

由圖2可知，側(cè)艙的前后端溫度都比較高，后倉的前端溫度明顯高于后端;后艙臨近格柵處的溫度低于側(cè)艙臨近格柵處的溫度。

1.1 側(cè)艙的溫度、壓力和速度矢量圖

側(cè)艙采用豎直格柵，側(cè)艙的速度矢量圖與溫度分布三維圖以及俯視圖（見圖3）。

側(cè)艙的進(jìn)風(fēng)方式遵循后進(jìn)前出的規(guī)則。左側(cè)艙中的后兩節(jié)PACK箱排布方式。

和右側(cè)艙后一節(jié)PACK箱排布方式不利于兩個電池艙的散熱。靠近車頭的PACK箱散熱較好。

側(cè)艙的壓力分布圖（見圖4）所示：左側(cè)艙內(nèi)的壓力比右側(cè)艙壓力高約23pa。壓力數(shù)據(jù)顯示，進(jìn)入側(cè)艙的風(fēng)量較小。

1.2 后艙的壓力、溫度和速度矢量圖（見圖5、圖6）

由于后艙的側(cè)面開有散熱格柵，空氣經(jīng)側(cè)面的散熱格柵進(jìn)入后艙內(nèi)，經(jīng)后艙門的散熱格柵散出。較多的空氣直接略過 PACK 箱，經(jīng)側(cè)面散熱格柵較近的后艙散熱格柵散出。后艙中間的風(fēng)量較少，風(fēng)速較低，不能較好的散熱。

溫度云圖分布（見圖7）顯示，后艙的中間的溫度高，且下部的溫度要高于上部;電池艙里側(cè)溫度要高于格柵處的溫度;后艙下部的電池相對更容易出現(xiàn)高溫報警。雖然后艙已經(jīng)是較優(yōu)的設(shè)計形式，但是后艙的風(fēng)道不利于PACK箱散熱。

2 超高溫低速環(huán)境下的側(cè)艙及后艙散熱情況分析

將環(huán)境溫度設(shè)置為40℃，車輛行駛速度設(shè)置為40km/h，側(cè)艙及后艙的溫度分布如圖8所示。

由圖8可見，后艙溫度明顯高于側(cè)艙溫度;且后艙（由圖9可見）內(nèi)某一點的最高溫度可達(dá) 43.5℃。速度矢量圖如下，艙內(nèi)的空氣依據(jù)就近原則出風(fēng)。與 50km/h 的車速對比，后艙高溫區(qū)域較多。

其空氣流動形式基本上同案例一（車速50Km/h、外溫35℃）相似。

3 結(jié)語

側(cè)艙 PACK 箱的豎向排布形式有利于散熱，且側(cè)艙各電池要互相連通，形成較大的對流;可在高溫區(qū)域（電池排熱風(fēng)扇端）進(jìn)行有效導(dǎo)流或引冷風(fēng)對沖。因為側(cè)艙的進(jìn)風(fēng)為后進(jìn)前出狀態(tài)，故側(cè)艙格柵應(yīng)改為后迎風(fēng)前逆風(fēng)結(jié)構(gòu)。

后艙的溫度顯示為前高后低，且后艙溫度明顯高于側(cè)艙溫度;故應(yīng)對后艙電池前端進(jìn)行有效的導(dǎo)流降溫，即引進(jìn)車廂內(nèi)的冷空調(diào)或后側(cè)艙兩端開迎風(fēng)格柵。后艙的風(fēng)道布置不合理，易導(dǎo)致PACK箱熱量在后艙中下部積累。若后艙中的PACK箱排列方式與車輛行駛方向一致，左后艙和右后艙應(yīng)與后艙聯(lián)通，有利于形成完整的空氣流道（前進(jìn)后出），強(qiáng)化散熱。

參考文獻(xiàn)：

[1]FLUENT流體分析及仿真實用教程[M].人民郵電出版社，朱紅鈞，2010.