Simulation der Flüssigkeitskühlung von Lithiumbatterien
Aufgrund ihrer hohen Energiedichte und langen Lebensdauer werden Lithium-Ionen-Batterien häufig in Energiespeichersystemen für Elektrofahrzeuge eingesetzt. Die Batteriekühlungstechnologie umfasst Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung, Phasenwechselmaterialkühlung und Tauchkühlung.
Unter Immersionskühlung versteht man den direkten Kontakt zwischen dem Akkupack und der Kühlflüssigkeit. Durch das Eintauchen des Batteriemoduls in die Flüssigkeit kann die Flüssigkeit die vom Batteriepack erzeugte Wärme gleichgültig absorbieren, um den Effekt einer physikalischen Kühlung zu erzielen. Die Kühlmethode bietet folgende Vorteile: hohe Wärmeübertragungsleistung und Temperaturgleichmäßigkeit, längere Batterielebensdauer, Schutz vor thermischem Durchgehen und schnelles Laden.
Geometrische Vorbereitung und Modellierung:
Im Weltraumversuch wird eine geometrische Behandlung durchgeführt, um die Flüssigkeitsdomäne und die Batteriezellen zu unterteilen. Die Batterie ist in Isolierflüssigkeit getaucht und die Elektrode steht zur Luftkühlung in direktem Kontakt mit Luft. Die Isolierflüssigkeit fließt von der Unterseite der Batterie zur Oberseite der Batterie, und die Membranposition des Flüssigkeitsbereichs sorgt für einen gleichmäßigen Wärmeaustausch der Batterie und damit für eine bessere Kühlleistung. Vollständige Vereinfachung des geometrischen Modells und diskretes Modell in gme3d.
Nachdem das Modell diskretisiert wurde, wird es in der GT-Suite modelliert, die zwei Flüssigkeitsdomänen umfasst (Elektrodenluftkühlung und Batteriekantenflüssigkeitskühlung). Die Strömungs- und Konvektionswärmeübertragung kann einfach äquivalent sein, indem die Äquivalenz der Strömungskanalmembran im Fluidbereich vervollständigt wird.
Unter Entladebedingungen bei 3 °C ist die Temperaturverteilung innerhalb der Batterie am Ende der Entladung bei unterschiedlichen Kühlmitteldurchflussraten:
Unter denselben Entladebedingungen ist der Einfluss des Kühlmittelflusses auf die Temperatur der Batterie in der obigen Abbildung dargestellt. Bei unterschiedlichen Strömungen ist zu erkennen, dass die höchste Temperatur oben rechts an der Batterie auftritt.
Für die DOE-Analyse wird das 1D-Transientensimulationsmodell für die untergetauchte Batteriekühlung verwendet. Es spiegelt hauptsächlich die Effizienz der Modellierung und Simulationsberechnung der eindimensionalen Simulationsanalyse in der frühen Phase des Konzeptprojekts wider, wodurch die Zeit der Modellierung und Simulation effektiv verkürzt werden kann und die Genauigkeit mit der der dreidimensionalen Simulation übereinstimmt.
