STAR-CCM+：对比模组端板对电池温度的影响
锂离子电池必须在合适的温度范围内才能发挥其充放电能力并延长其使用寿命，因此在锂离子电池包开发过程中，热管理设计是尤为重要的一个环节。电池包是由若干模组串联后组成，而模组是由若干单体电池串并联组成。模组设计中采用的铝合金端板对端部电池的散热有明显的影响。为实现轻量化，通常端板中会增加很多拓扑孔或工艺孔，这增加了仿真模型的处理难度，不利于整包模型内部空气域的提取和网格划分。本案例通过对比端板结构对电池温度的影响，以期对端板的仿真模型进行简化。模型描述：四个电池组成一个模组，相邻电池间有隔热垫，左右各一个端板，无侧板，底部增加导热垫和铝板散热。考虑电池恒发热量的工况，铝板下表面施加对流换热系数，进行瞬态热仿真，对比不同端板结构对电池温度的影响。
工具/原料
STAR-CCM+ 13.02
CATIA V5R20
几何模型
1、利用CATIA的零件设计和装配设计工作台建立仿真用的几何模型。
3、测量端板质量，轻量化端板为0.308 kg，实心端板为0.467 kg。
导入模型
1、启动STAR-CCM+，新建simulation，选择Parallel on Local Host，Compute Processes设为2，点击OK，保存模型为EndP_Comparison.sim。
2、点击Import Surface Mesh，导入module.stp。导入参数默认，勾选Open Geometry Scene After Import。
3、调整视角Views > +Z > Up +X，并保存当前视角。
4、再次点击Import Surface Mesh，导入hollowed-end.stp，导入参墙绅褡孛数默认，不勾选Open Geometry Scene After Import。点击Geometry > Parts > Thermal 2，左键拖拽至Geometry Scene 1窗口，选择Part Displayers > Add to Geometry 1，窗口内显示轻量化端板模型。
5、在特征树Parts栏下，依次右键Explode整理各Part模型，并将电池、模组、端板、导热垫、隔热垫、冷板分别重命名为Cell、Module、End、Pad、Insulation、Plate。
6、基于Split by Patch分割Plate的下表面作为对流换热表面。
网格划分
1、点击Operations > New > Boolean > Imprint，勾选除End外的所有Part，勾选Perform CAD Imprint，Tolerance设为1e-6，右键Execute。
4、选中Insulation，右键选择Assign Parts to Regions，相关设置如图。同理，将Module分配到Region。
6、点击Automated Mesh > Thin Mesher，勾选Customize Thickness Threshold属性。
8、右键Operations > Automated Mesh，选择Execute。显示网格，点击菜单栏Mesh > Diagnostics，选择所有Region，在Output显示网格质量良好。
11、在Operations栏，复制Automated Mesh，Parts选择End。右键Operations > Copy of Automated Mesh，选择Execute。
物理模型
1、点击Continua > New > Physics Continuum，创建Physics 1模型。
4、点击Continua>Physics 1>Initial Conditions>Static Temperature，设为40 ℃。
2、点击Module >Physics Values > Anisotropic Thermal Con颊俄岿髭ductivity > Cell >Anisotropic Thermal Conductivity > Principal Tensor，在XX Component输入19 W/m-K，YY Component输入6 W/m-K，ZZComponent输入10 W/m-K。
2、点击Stopping Criteria > Maximum Physical Time，设为400 s，关掉Maximum Steps条件。
3、监控电池在四个高度截面上的平均温度。右键Reports选择New Report>Surface Average，重命名为AveTempZ1，Parts选择Derived Parts > Z1，Field Function选择Temperature，Units选择℃。同理，分别创建AveTempZ2、AveTempZ3、AveTempZ4。
5、监控Z1截面上的温差。右键Reports选择New Report>Expression，重命名为DiffTempZ1，Definition中定义${MaxTempZ1Report}-${MinTempZ1Report}，计算温差。
7、监控电池和导热垫交界面上的导热量。创建HeatTransfer_Module-Pad，Parts选择Cell 1/Pad、Cell 2/Pad、Cell 3/Pad、Cell 4/Pad。
9、创建Scalar Scene监控温度。勾选所有Part，Function设为Temperature，Contour Style选择Smooth Filled。在Color Bar栏，将Title Height设为0.04，Label Height设为0.035。
2、AveTemp曲线。400 s时刻，电池模组Z1-Z4切面的平均温度分别为40.16 ℃，39.22 ℃，36.14 ℃，30.19 ℃。
4、HeatTransfer曲线。400 s时刻，因为喋碾翡疼模型的左右对称以及均匀对流边界的施加，L-End、伊怕锱鳏R-End与隔热垫之间的导热量相同，为1.41 W；其与冷板之间的导热量也几乎相同，分别为4.43 W，4.48W；而模组与导热垫之间的导热量为129 W。这表明有隔热垫阻隔传热时，电池模组从端板处散掉的热量仅占其从导热垫导出热量的1%。
对比
1、保存当前模型，然后另存为Hollowed-end.sim。点击Clear Solution，然后再另存为Solid-end.sim。
2、在Parts栏和Regions栏右键删除End。重新导入solid-end.stp，参数默认，不勾选Open Geometry Scene After Import。同理，利用Explode整理Part，并命名为L-End，R-End。
6、TempZ1曲线。400 s时刻，对比实心端板和轻量化端板，Z1切面上的最高温度为40.22 ℃/40.22 ℃，最低温度为40.05 ℃/40.03 ℃，温差为0.17 ℃/0.19 ℃。差别非常小。
8、温度场云图。对比结果表明，当端板和电池之间有隔热效果觥铖鹄妇良好的隔热垫时，仿真模型中可以将端板上的所有孔和槽删除，直接简化为实心结构，以便于构建整包级的更复杂的仿真模锸责氧铼型。但本案例结论只适用于无侧板的模组结构，带侧板的模组结构由于侧板会将电池的热量传导至端板，然后再由端板传导至冷板，此时端板结构的不同可能会对散热造成一定的影响。
