插电式混动汽车电池包热伤害仿真分析*

张鹏，朱林培，熊飞，段德昊

插电式混动汽车电池包热伤害仿真分析*

张鹏，朱林培，熊飞，段德昊

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州 511434）

电式混动汽车受限于下车体布置空间限制，高温排气管路与电池包布置均较近，而电池包受排气管路热辐射影响极易产生电芯高温热伤害的问题进而影响行车安全，因此插电式混动汽车电池包热防护设计就显得极为关键，本文基于Star-ccm+s2s热辐射模型，完成了某插电式混动汽车电池包热伤害仿真分析，并进行实车试验验证，仿真误差低于6%，符合工程设计需求。

插电式混合动力汽车；电池包；热伤害；仿真

前言

插电式混合动力汽车由于布置空间限制，经常会出现高温排气管路与电池包布置距离过近的问题，进而会导致严重的电池包热伤害问题影响动力电池的使用寿命与行驶安全。因此针对电池包的热害防护设计在整车热管理中至关重要。

车型开发过程中，热害实验需要待样车制作完成后才可进行，且实验成本高、实验周期长；本文通过仿真的方法可以最大限度的节约实验成本，缩短开发周期。

1 辐射传热计算理论

两物体间辐射传热的速率可表示分别为两物体的表面温度；一物体的表面面积；以为基准的角系数，代表一物体辐射出去的能量投射到表面的分率，它取决于两物体的形状、大小和相对位置；为总辐射系数，其值与两物体的黑度、大小、形状和相对位置有关[1]数值计算遵从斯蒂芬-玻尔兹曼定律及兰贝特定律。

1.1 斯蒂芬-玻尔兹曼定律

1.2 贝兰特定律

2 电池包建模与仿真求解

2.1 几何模型

本文电池包结构如图1所示，电池包由模组、壳体、BMS、PDU构成。

图1 电池包结构

2.2 仿真模型

散热器网格采用混合网格划分，排气管路、隔热罩、下车体采用四边形与三角形混合壳单元，电芯与电池包壳体采用六面体单元。总网格数量2061425，经网格无关性验证后，该网格量可以满足计算精度。

图2 电池包热害仿真网格模型

2.3 边界与求解设置

根据各部件材料设置各部件物性参数。排气管路表面温度分布如下图所示进行设置。

图3 电池包结构

环境温度及初始温度均设定为40℃，收敛条件设置为5e-7。

3 结果分析

3.1 仿真结果

电池包模组表面最高温度出现在模组上壳体表面，最高温度49.2℃，并且呈现出靠近排气管侧温度较高的现象，且未被隔热罩防护的角部温度明显高于模组壳体中心温度。

图4 仿真结果

3.2 精度分析

在环境仓中进行了整车环模实验，实验条件为环境温度40℃，光照强度800w/m2。

图5 环境模拟实验

表1 仿真与实验数据对比

仿真结果与实验结果进行对比，电池与壳体温度误差均在4%以内，PDU与BMS出现实验温度高于仿真温度的现象，经过分析可能为PDU与BMS自身工作发热导致部件表面温度有一定的升高，但误差在6%以内，满足工程设计需求。

4 结论

对于PHEV车型，进行电池包热伤害分析具有较高的分析精度，可在前期用于指导热防护结构设计缩减实验轮次，而且可以在样车试制前进行电池包热害风险评估与优化，节约开发时间成本。

[1] 杨世铭,陶文铨 .传热学[M].高等教育出版社,2006(8):351-393.

[2] 陶文铨.数值传热学（第2版）[M].西安:西安交通大学出版社.

[3] 操倩等.基于CAE对某车型驾驶舱热害的整改设计研究[J].机械, 2015(9):41-43.

[4] 沈维道.工程热力学[M].高等教育出版社,2007(6):36-40.

[5] 倪诚明.电池热管理系统设计分析[J].洁净与空调技术,2018(01): 57-60.

Simulation Analysis of Thermal Damage of Plug-in Hybrid Car Battery Pack*

Zhang Peng, Zhu Linpei, Xiong Fei, Duan Dehao

( Guangzhou Automobile Group Co., Ltd. Automotive Engineering Institute, Guangdong Guangzhou 511434 )

The plug-in hybrid car is limited by the space limitation of the lower body. The high-temperature exhaust pipe and the battery pack are arranged close to each other, and the battery pack is easily affected by the heat radiation of the exhaust pipe. In addition, it affects the safety of driving. Therefore, the thermal protection design of the plug-in hybrid car battery pack is extremely critical. This paper uses the Star-ccm+ simulation program to complete the simulation analysis of the thermal damage of a plug-in hybrid vehicle battery pack based on the S2S thermal radiation model. And carry out real vehicle experiments, the simulation accuracy is less than 6%, in line with engineering design needs.

Radiator;Plug-in hybrid car;Battery pack;Thermal damage;Numerical analysis

U467

A

1671-7988(2019)13-28-02

U467

A

1671-7988(2019)13-28-02

张鹏，就职于广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，从事新能源汽车热管理分析研究。

国家重点研发计划资助（编号：2017YFB0103300）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.010