1.电池冷却的技术简介

电池冷却技术分类如下图所示，通常会根据以下几点来选择合适的技术方案：

1）价格；2）重量；3）制冷循环；4）系统性能指标；5）生产过程。本文专注浸入式的电池冷却方案仿真分析。

对于浸入式的电池冷却，冷却液有两种：油和制冷剂。下面列出了一些正确选择液体的标准：

浸入式冷却技术常用于电动车、混动车、燃料电池车三类市场，e-Mersiv列举了三种不同的电池产品：

2.储能电池（LTO）冷却仿真

本次案例设计的冷却系统针对的是储能电池，该电池为钛酸锂电池（LTO）。运行的汽车为工业用燃料电池汽车，其应用工况的特点为：7*24h运转；装备一个小型燃料电池，功率峰值为燃料电池功率的10倍，峰值电流10C，6C rms，如下图所示。这个运行场景对燃料电池-储能电池系统的寿命周期和热性能都有严格的要求。

储能电池的具体参数为：

设计了4种储能电池的冷却方案，如下图所示，分别为：

#0方案：无冷却

#1方案：底部水冷板

#2方案：2x侧边水冷板

#3方案：全浸没冷却

单电芯的结构切面图，建模时需要考虑的部件传热参数，如下图所示。

通过GT-GEM3D，对电芯和冷却水板进行建模，所有的换热部件均为几何模型直接导入GEM3D种，然后离散为ThermalMass，热路的逻辑如下图所示。

冷却系统的换热部件，最终在GT-GEM3D的自动建模结果如下所示。为了简化计算，本项目只用了一个电芯模型来进行分析。同时简化了电芯的对外换热过程，仅使用了一个固定的换热系数。此外，没有考虑busbar的连接。

上述过程通过GME3D自动建立电芯的热回路，而电芯本体性能模型则是在GT-suite-mp中建立，由于本项目的关注点在于冷却方案的分析，因此电芯采用等效电路模型，而没有使用电化学模型。下图中，左侧为在GT-suite-mp中建立的电芯电路模型，用于计算给定电流工况下的电芯发热量（计算得到的发热量如中间曲线图所示），将热量传递给电芯热模型计算热分布和各个部件的温度，然后再将温度传回给电路模型，影响电池的工作性能。

通过GT-GEM3D可以建立三维模型，分析温度场分布。GEM3D中的网格要比CFD大得多，对于结构件的换热，完全能够满足计算精度需求，对于流动换热，由于GT也是在求解NS方程，因此精度上不会与CFD结果有很大误差（这点可以在我们以前的推文中找到对比验证的结果），因此综合下来，使用GEM3D这种三维仿真的方式，能够在保证温度精度的情况下，更快的获得计算结果，适用于电芯的稳态分析，尤其是适合进行瞬态分析。

下图为GT计算的三维结果。

将电芯本体（即Jellyroll，已网格化）的更大运行温度、最低运行温度、平均运行温度化成曲线图，如下图所示。经验表明，LTO电池的工作温度在35℃以下时，能够有最长的运行寿命。据此，以35℃为限，可以看到，#1的底部水冷板换热效果最差，#2的侧边水冷板性能有所提升，但是并不能保证电芯一直工作在35℃以下，仅有#3 浸没式冷却方案可以达到要求。

3.结论

1）模型计算结果：

2）GEM3D模型的性能：