动力电池冷却系统流量仿真

高蒙蒙，刘建祥，朱增怀，吴义磊，崔敏



动力电池冷却系统流量仿真

高蒙蒙，刘建祥，朱增怀，吴义磊，崔敏

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

文章介绍Flowmaster软件在冷却系统设计中的应用，在选择水泵的型号时，软件可以计算得到系统的流阻需求。在水泵选型后，软件可以计算水泵各转速下系统的流量大小，确认其性能是否满足需求。

动力电池；水泵；流量仿真

前言

纯电动汽车因动力来源不是发动机而不能使用机械水泵，电子水泵由电池提供动力，如果水泵性能过剩就会加速电池电量的消耗，增加客户的续航焦虑；如果水泵性能不足就会降低电池的散热能力，电池在高温条件下工作会降功率输出甚至热失控[1]。因此为使冷却系统性能充分发挥，水泵的选型和策略的标定非常重要。

1 分析流程

在选择水泵的型号时，搭建动力电池的一维冷却系统模型，此时模型中水泵元件用通用元件代替，计算某流量下系统的总流阻；选择合适的水泵后，需开展校核工作，将前期模型中的通用元件换成水泵元件，模拟水泵在不同转速时系统的流量是否匹配冷却需求流量，如果满足则仿真结束，如果不满足，重新选择水泵的型号后重复以上仿真。

2 搭建模型

2.1 零部件技术信息

模型中元件性能的输入非常重要，输入越精确，那么仿真结果的精度越高。本次仿真需要的信息主要是零部件的流阻性能和冷却管路尺寸。前者通过厂家获取，一般通过测试或者CFD仿真得到流阻测试结果，使用数据前进行简单判断，将该数据与数据库中相似的零部件性能做比较，如果基本相同则证明数据在传递的过程中没有出现差错，如果相差较大则再次联系厂家进行确认。冷却管路尺寸主要可以使用三维模型测量得到或者借助专业软件，目前商业公司已开发出可以将三维管路信息转换到Flowmaster中管路元件的软件，这一软件提高了复杂系统管路数据采集的效率，也消除了人工测量时产生的误差。

（1）冷却器有4个点数据，4L/min@3kPa、6L/min@ 5.58kPa、8L/min@9.15kPa、10L/min@12.84kPa，在软件中拟合得到图1。

图1 冷却器流阻曲线

（2）电加热器有5个点数据，2L/min@3kPa 、4L/min @4.5kPa、6L/min@6kPa、8L/min@7.4kPa、10L/min@9.1kPa，在软件中拟合得到图2。

图2 电加热器流阻曲线

（3）动力电池有2个点数据，10L/min@22kPa、20L/min @50kPa，在软件中拟合得到图3。

图3 电池流阻曲线

2.2 建立模型

图4 冷却系统模型

某动力电池冷却系统较为简单，其结构组成包含起冷却作用的冷却器、起低温加热作用的电加热器、水泵等，通过串联的方式进行连接。按照动力电池冷却系统原理图建立图4中的仿真模型。

3 基本校核

通过动力电池发热量，可以得到动力电池流量需求为10L/min，下表1中流量为10、15、20L/min时，系统总流阻和主要零部件的流阻。

表1 系统总流阻和主要零部件的流阻

电池冷却系统流量为10L/min时，总流阻为45.4kPa，根据公式P=ρgh，得到该流量下的扬程为4.63m，由水泵的性能（图5）和插值计算可知，水泵转速超过3611r/min就能够克服，达到目标。

4 模型校核

图6 冷却系统模型（载入水泵）

首先将上边模型中的通用元件更换为水泵元件，然后把水泵的技术信息和性能参数输入水泵元件，得到图6所示模型，最后计算不同转速下系统各点的流量和压力，结果显示：

1）水泵转速达到转速3680r/min时，水泵出口流量达到10L/min；

2）水泵转速达到最高转速4400r/min时，水泵出口流量为13.28L/min。

5 结论

在为冷却系统选择水泵时，首先通过Flowmaster软件计算出系统的总流阻，提出水泵的需求条件，然后联系厂家选择适合的水泵，型号确定后，通过模型校核水泵在不同转速下系统各点的流量和压力，本次仿真结果满足散热的流量需求，仿真结束。

[1] 扶原放,刘朝晖,张玲,刘萌.纯电动汽车动力电池包散热数值仿真研究[J].新能源汽车,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，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.002