使用軟體 : Simcenter FloEFD

問題描述:

自從特斯拉Tesla市值一舉超越豐田以及大眾汽車集團之後，EV電動車的加速發展已經成為世界不可逆轉的趨勢，眾多汽車大廠都想要搶食這一塊大餅，而其中具關鍵影響的電池，除了須考量充放電性能、使用安全性與使用壽命等因素外，電池所產生的熱亦須謹慎處理，否則，輕則影響電池性能，重則有起火燃燒之虞。因此，電動車於設計開發的各階段，電池散熱的問題必須充份掌握與確認。

電池模組的熱管理對於電池本身的使用壽命延長及安全性議題上扮演非常關鍵的角色，此外還有散熱均勻性的考量，避免單電池或電池組因內部高溫度梯度產生，導致的非均勻電流密度分佈，造成非均勻老化現象。

為了掌握電池熱的問題，除了必須對單一電池(Battery Cell)、多個電池組成的電池模組(Battery Module Unit)，以及多個電池模組串並聯而成的整合電池組(Battery Pack)進行測試，用以掌握電池在各種充放電狀態下的實際發熱情形之外，也需要依據電池的擺放空間與使用情境，作適當的散熱設計，包括設置冷卻管路的液冷或設置冷卻風扇的氣冷等方式。

解決方案:

如何能知道散熱設計是否滿足要求呢?最直接的方式就是組裝完成後實際測試，但這必須等打樣後才能做實驗，而且測試與修改的過程也相當耗時，若能搭配CFD熱流分析軟體及電腦輔助工程分析技術(CAE，Computer-Aided Engineering)，於設計階段即可依據電池數量、排列、位置、發熱特性、使用情境與散熱條件等，建立電腦模擬的數值分析模型，再運用計算流體力學分析軟體，將所計算的溫度變化以動畫顯示出來，便可於設計前期找到最佳化的散熱對策，大幅增加電池模組的運作效率及降低電池芯老化問題。

Toyota Prius EV 電池模型:

圖片來源網址:https://www.youtube.com/watch?v=Q3RCdrh666w

Simcenter FloEFD 3-D CAD分析模型:

Battery cell-> Battery pack-> Battery pack+thermal system

Simcenter FloEFD 網格劃分:

分析結果

完整Toyota Prius EV電池模組 Simcenter FloEFD 操作影片

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