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作者 | CFD-Online 仿真秀优秀讲师
首发 | 仿真秀App
导读：随着客户对于新能源车充电时间要求和安全性的要求越来越高，热管理设计受到了极大的挑战，新的热管理技术的研发显得十分的重要。宁德时代发布的麒麟电池实现4C快充，采用将横纵梁、水冷板、 隔热垫集成为多功能弹性夹层，同时电芯倒置，采用多模块底层空间共享，大幅提升了冷却效果(+50%)、 体积利用率(72%)和快充性能(4C)。
一、麒麟电池吊打4680电池？
据报道，4680是特斯拉的第三代电芯产品，相比此前采用的2170电池，4680电池体积更大，单体能量相比一般电池提升6倍，功率输出提升6倍，成本降低14%，搭载该电池的整车续航可提高16%。不仅如此，4680电池还采用激光无极耳技术去掉了电池主要发热部件以减小内阻，电池的热稳定可控性更高。
特斯拉CEO埃隆•马斯克曾直言，这种电池是技术上的“巨大突破”，将使他的公司生产售价2.5万美元的电动汽车成为可能。特斯拉预计4680电池在2022年底产能将达到100GWh左右。松下、LG新能源也相继投建产线，产能预计也将在2023年前后陆续释放。
与4680电池相比，“麒麟电池”属于方形电池，采用无模组设计，是将成百上千个电芯直接布置于箱体，省去了多个电芯组装成模组的环节。相比于此前的电池包模式，CTP方案能将电池包的空间利用率提高15%~20%，电池组零部件数量减少40%，生产效率提高50%，也能有效降低电池成本。
二、麒麟电池大面冷却和底部冷却仿真分析
麒麟电池将传统的底部的液冷系统置于电芯中间，使得换热面积扩大四倍。电芯大面冷却将电芯控温时间缩短一半，达到5分钟快速热启动及10分钟快充（10-80%），在极端的情况下，如发生热失控情况下，电芯可快速降温，有效阻隔电芯间的异常热量传导。同时水冷效果明显提升，提高了安全性和快充性能。
通过上面的分析，得到大面冷却的优势：冷却面积大，换热面积扩大4倍，冷却效率高，5分钟快速热启动及10分钟快充，集成度高。底部冷却的痛点：电芯本身热阻大，采用液冷冷却/加热响应较慢，电芯底部面积小，和冷板换热面积小 。
下面从仿真的手段的去分析大面冷却和底部冷却的效果
底部冷却
大面冷却
仿真基于1p24s的模组进行验证，底部冷却模组的冷却系统采用8个并列回路冷却回路，侧面冷却的采用两个电芯中间夹一个口琴管液冷板，冷板内流道采用U性回路设计，进口流量0.16kg/s，进口水温15℃，充电电流按照电芯的充电map进行充电，电芯的发热量按照dcr的map进行计算并修正进行仿真。
采用侧面冷却，电芯的放电过程最高温度37.6℃，放电末端电芯的监测点最低温34.4℃最高温36.2℃，过程最大温差1.8℃。采用侧面冷却，电芯的放电过程最高温度42.9℃，放电末端电芯的监测点最低温度42℃，最高温28.8℃，过程最大温差13.2℃。
从仿真的结果看，大面冷却的效果要优于地面冷却的效果。过程电芯的最高温大面冷却低了5.3℃，但通过监测电芯的平均温度，大面冷却电芯的平均温度2.1℃。导致过程最高温相差较大，主要是采用大面冷却，冷却路径距离温度监测点比较近，而底部冷却的冷却路径距离温度监测点较远。
在实际的项目设计的过程中怎么合理的布置温度监测点是需要考虑的，让温度监测点的温度更加的能够代表电芯的实际的温度，另外本次计算的过程中，应该监测卷芯的最高温，通过卷芯的最高温和ntc点的比较去设计ntc点的位置两种仿真对比下，大面冷却的温差比底部冷却温差低了11.1℃，主要由于流道设计原因导致。
S形流道设计有助于减小温差。大面冷却采用S形流道，地面冷却采用8个支路并联，回路的进口和出口温差较大。另外就是地面冷却流道方向的设计方向和电芯平行，电芯本身在长度方向的导热系数较大进一步拉大了电芯长度方向的温差。最后流道设计也不排除对两种散热方式的最高温的有较大影响。
底部冷却的云图上也可以明显看出底部冷却模组的进出口端的温差较大，另外图中有个电芯的极柱温度异常是由于建模时和电芯未接触。图中的温度监测点是模组电芯的平均温度随时间变化的曲线。
侧面冷却的云图上电芯的总体的温度较均匀，可以看出由于电芯厚度方向导热系数较大，电芯的外壳的铝的导热系数很大，最高温不会出现在远离电芯的一侧，同时图中的温度监测点是模组电芯的平均温度随时间变化的曲线。
综述，虽然仿真的边界条件需要进一步的优化，但是可以看出，采用大面冷却效果还是比地面冷却效果好。进一步。随着充电的倍率越来越大，冷却的方式不同，比如大面冷却，底面冷却，顶部冷却等冷却方式，电芯的简化的方式对结果的影响越来越大，这一部分需要进一步的研究。
热管理的仿真的过程中，仿真的工况越来越复杂，如何实现仿真过程中复杂边界的导入，如电芯的发热量随着温度和SOC变化导入和充放电电流随着电芯map中的温度和SOC，复杂的启停工况等等，后面有机会进一步讨论。欢迎大家订阅笔者原创首发在仿真秀平台动力电池热管理精品课。
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