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團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CICXXXXX—XXXX

電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力電池包熱管理仿真

技術(shù)規(guī)范

Technicalspecificationforthermalmanagementsimulationoflithium-ionbattery

packforelectricvehicles

（征求意見稿）

在提交反饋意見時(shí)，請(qǐng)將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

中國(guó)工業(yè)合作協(xié)會(huì)發(fā)布

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電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力電池包熱管理仿真技術(shù)規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了鋰離子動(dòng)力電池包三維熱管理仿真的通用流程，包括幾何處理、網(wǎng)格控制、邊界條件

處理、后處理等技術(shù)處理內(nèi)容。

本文件適用于裝載在電動(dòng)汽車上的液冷型鋰離子動(dòng)力電池包，其他類型參照?qǐng)?zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T6425-2008熱分析術(shù)語(yǔ)

GB/T19596-2017電動(dòng)汽車術(shù)語(yǔ)

GB/T31467-2023電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力電池包和系統(tǒng)電性能測(cè)試方法

GB38031-2020電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

單體蓄電池secondarycell

將化學(xué)能與電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的基本單元裝置，通常包括電極、隔膜、電解質(zhì)、外殼和端子，并被

設(shè)計(jì)成可充電。也稱作電芯。

3.2

內(nèi)阻internalresistance

蓄電池中電解質(zhì)、正負(fù)極群、隔膜等電阻的總和。

3.3

荷電狀態(tài)state-of-charge

當(dāng)前電池單體、模塊、電池包或系統(tǒng)中按照制造商規(guī)定的放電條件可以釋放的容量占實(shí)際容量的百

分比。

3.4

熱導(dǎo)率thermalconductivity

熱流密度與溫度梯度之比，熱流密度是單位時(shí)間內(nèi)傳過(guò)單位面積界面的熱量。

1

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3.5

比定壓比熱容specificheatcapacityatconstantpressure

在恒定的壓力下，單位質(zhì)量的樣品單位溫升所需要的熱量。也稱作比熱容。

3.6

電芯熵?zé)嵯禂?shù)entropyheatcoefficientofcell

開路電位相對(duì)于溫度的導(dǎo)數(shù)。也稱作電芯開路電壓溫度導(dǎo)數(shù)。

3.7

電芯最高溫度maximumtemperatureofbatterycells

電池包內(nèi)電芯最高溫度

3.8

溫度傳感器點(diǎn)位temperaturesensorlocation

電池包內(nèi)溫度傳感器布置的位置

3.9

熱管理策略thermalmanagementstrategy

電池包加熱或制冷系統(tǒng)隨著內(nèi)部溫度傳感器溫度變化采取的干預(yù)策略

4符號(hào)和縮略語(yǔ)

4.1SOC：荷電狀態(tài)(State-of-Charge)。

4.2CFD：計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（ComputationalFluidDynamics）

5建模流程及內(nèi)容

5.1仿真流程

電動(dòng)汽車用鋰離子電池包熱管理仿真主要包括仿真目標(biāo)、仿真規(guī)劃、模型幾何處理、網(wǎng)格劃分、邊

界條件處理、熱管理策略處理、計(jì)算、后處理，具體參見附錄A.1。

5.2確定仿真目標(biāo)

本標(biāo)準(zhǔn)推薦目標(biāo)為液冷型車用電池包三維高精度多工況熱管理設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證，涉及物理場(chǎng)主要包括

電池產(chǎn)熱、匯流排歐姆產(chǎn)熱、固體熱傳導(dǎo)、流體計(jì)算、熱交換等。針對(duì)其他仿真目的，可參照本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)

行。

5.3制定仿真技術(shù)實(shí)施方案

依據(jù)仿真目標(biāo)制定仿真技術(shù)規(guī)范，包括產(chǎn)熱模型選擇、模型幾何處理原則、網(wǎng)格劃分原則、邊界條

件處理原則、熱管理策略處理原則、后處理原則。

5.4仿真實(shí)施

5.4.1幾何模型處理

2

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液冷型車用電池包基本結(jié)構(gòu)包括：電芯、模組、結(jié)構(gòu)框架、匯流排、電器件、液冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、

上蓋、底盤、隔熱結(jié)構(gòu)件、保溫結(jié)構(gòu)件、溫度傳感器等，見圖1。

注1：加熱系統(tǒng)可以是加熱片加熱、與冷卻系統(tǒng)同路加熱、電芯自加熱。

注2：圖1僅為電池包結(jié)構(gòu)示意圖。

外殼

模組/電芯

液冷系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)件

圖1電池包結(jié)構(gòu)示意圖

5.4.1.1總原則

液冷型的電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力電池包熱管理設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證，主要針對(duì)電池不同工況及對(duì)應(yīng)的熱管

理策略下的電池控溫情況，包括液冷系統(tǒng)流阻、溫度分布是否滿足設(shè)計(jì)要求，推薦建議工況見附錄A.2。

因此，幾何模型前處理的總原則是影響電池控溫的結(jié)構(gòu)均應(yīng)包括在建模中，次要結(jié)構(gòu)可忽略實(shí)體建模。

整體處理原則應(yīng)符合表1要求。

表1電池包零部件處理要求

序號(hào)子系統(tǒng)零部件建模與否

邊框是

1支撐緊固系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)膠是

電芯是注1

框架是

2模組

端板是

電芯間匯流排是

液冷板是

液冷管路是

3液冷系統(tǒng)（加熱系統(tǒng)）注2

保溫材料是

導(dǎo)熱膠是

3

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加熱片是

4加熱系統(tǒng)注3

導(dǎo)熱膠是

5隔熱/保溫是

6匯流排是

7包內(nèi)空氣是

8其他是/否注4

注1：無(wú)論是方形、圓柱、還是軟包，電芯結(jié)構(gòu)主要由芯胞、外殼、匯流組件構(gòu)成，為保證準(zhǔn)確定，

減少計(jì)算資源，將電芯簡(jiǎn)化處理成外殼、芯胞、匯流組件，確保產(chǎn)熱、傳熱的準(zhǔn)確性。

注2：液冷系統(tǒng)為通用流道液冷模式，不包括微流道。加熱系統(tǒng)為液冷同路加熱。

注3：加熱系統(tǒng)指加熱片加熱系統(tǒng)以及除液冷同路加熱外的其他加熱系統(tǒng)。

注4：其他設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)熱結(jié)果影響小的例如插件、螺母、線束、焊接等不進(jìn)行建模，如對(duì)熱結(jié)果影響大的

需進(jìn)行建模，如有不確認(rèn)的可進(jìn)行影響敏感性分析，分析流程A.3。

5.4.1.2幾何清理

依據(jù)5.4.1.1.1原則，刪除/抑制不建模零部件，保留建模零部件。

5.4.1.3幾何簡(jiǎn)化

幾何簡(jiǎn)化見下表

表2幾何簡(jiǎn)化

項(xiàng)目對(duì)象操作

1倒角零部件倒角對(duì)熱結(jié)果影響小的，

建議刪除倒角特征。

2圓孔圓孔直徑小于10mm，建議刪除圓

孔特征。

3水冷板的流道水冷板的流道倒角保留。

4其他其他小的特征，不影響仿真結(jié)果

可進(jìn)行抑制或簡(jiǎn)化。

如不確認(rèn)影響程度，采用分析流程A.3進(jìn)行辨識(shí)。

5.4.1.4幾何構(gòu)建

電池包內(nèi)部大的空氣域，進(jìn)行實(shí)體建模，包括壓鑄類中空零件內(nèi)空氣，如不確認(rèn)影響程度，采用分析流

程A.3進(jìn)行辨識(shí)。根據(jù)實(shí)際情況區(qū)分固體空氣域和流場(chǎng)空氣域。

5.4.1.5電芯幾何處理要求

無(wú)論是方形、圓柱、還是軟包，電芯結(jié)構(gòu)主要由芯胞、外殼、匯流組件構(gòu)成，為保證準(zhǔn)確定，減少

計(jì)算資源，將電芯簡(jiǎn)化處理成外殼、芯胞、匯流組件，確保產(chǎn)熱、傳熱的準(zhǔn)確性。

5.4.1.6其他

對(duì)于零部件與零部件之間的接觸設(shè)置，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)拓?fù)涔蚕恚詼p少網(wǎng)格及接觸，提高計(jì)算效率，存

在接觸熱阻零部件需進(jìn)行接觸熱阻設(shè)置。

5.4.2網(wǎng)格處理

4

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5.4.2.1網(wǎng)格大小

最小網(wǎng)格尺寸0.1mm，最大網(wǎng)格尺寸30mm，推薦網(wǎng)格尺寸：8mm。

5.4.2.2網(wǎng)格質(zhì)量

因網(wǎng)格質(zhì)量與求解器關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，推薦網(wǎng)格質(zhì)量按照使用軟件收斂最低要求推薦值，例如

FLURNT：正交質(zhì)量（OrthogonalQuality）>0.1；偏斜度（Skewness）<0.9；

STAR-CCM+：facevalidity>0.5;volunmchange>0.01。

其他軟件依據(jù)軟件商提供的網(wǎng)格控制推薦。

5.4.2.3邊界層

流體邊界層層數(shù)≥3，固體網(wǎng)絡(luò)處理層數(shù)≥2。

第一層厚度<0.5mm，層數(shù)≥2。

5.4.2.4網(wǎng)格檢查與優(yōu)化

網(wǎng)格劃分完成后依據(jù)5.4.2.1與5.4.2.2檢查網(wǎng)格大小及網(wǎng)格質(zhì)量，存在偏差后進(jìn)行網(wǎng)格的局部或整

體優(yōu)化。

5.4.3材料屬性設(shè)置

5.4.3.1電池包內(nèi)部空氣

因內(nèi)部空氣域CFD計(jì)算占用時(shí)間比較大，溫差引起的流體流動(dòng)速度較低，內(nèi)部空氣存在傳熱作用，

推薦將電池包內(nèi)部空氣域處理成空氣材料屬性固體。

5.4.3.2芯胞

芯胞因結(jié)構(gòu)自身因素，導(dǎo)熱性設(shè)置為各向異性導(dǎo)熱材料。

5.4.3.3其他部件

存在導(dǎo)熱異性材料按照異性導(dǎo)熱材料設(shè)置，具體參數(shù)數(shù)值以材料供應(yīng)商提供數(shù)據(jù)或自測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

5.4.4熱源及邊界條件處理

熱源及邊界條件對(duì)結(jié)果影響較大，處理原則依據(jù)電池包車輛實(shí)際使用工況進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)化。

5.4.4.1熱源處理

電池自身屬性決定其產(chǎn)熱率隨著使用工況、外部條件的變化而變化。例如電池SOC狀態(tài)、放電倍率、

環(huán)境溫度等。CFD仿真分析，其產(chǎn)熱一般處理為體積產(chǎn)熱速率，單位W/m3。推薦使用產(chǎn)熱率進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)

算，單位W。

除芯胞產(chǎn)熱外，其他產(chǎn)熱單元，匯流排按照歐姆熱計(jì)算，轉(zhuǎn)換為體積產(chǎn)熱率。

具體使用方法，見附件附件A.4。

5.4.4.2邊界條件

電池包在車輛位置一般在底部，隨著車輛行駛過(guò)程，底部速度越大，其換熱效率越大，應(yīng)考慮底部

風(fēng)速影響。同時(shí)對(duì)空氣域和流體域的影響進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

具體需依據(jù)車輛實(shí)際結(jié)構(gòu)確定，以下為可能的情況及建議：

5

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(1)CTC（CellToChassis）:電芯直接集成到車輛底盤，需將底盤考慮到建模之中，底盤底部

保溫及護(hù)板需要建模，底部單獨(dú)建立風(fēng)場(chǎng)或采用速度與換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，公式如下：

h=BV^n（1）

h：換熱系數(shù)；

B：經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

n：速度指數(shù)；

注：公式h=BV^n中的可根據(jù)CFD仿真結(jié)果進(jìn)行擬合修正，擬合修正方法見附錄A.5；各參數(shù)一般范

圍及推薦值見附件A.6

(2)CTB（CelltoBody）：電池包集成到車身，因?yàn)殡姵匕３知?dú)立，頂部與車身組裝，因頂部與

車身接觸，底部直接與空氣接觸，建議不再考慮車身，電池包單獨(dú)進(jìn)行仿真，底部底部單獨(dú)建立風(fēng)場(chǎng)或

采用速度與換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，見公式（1）。

(3)CTP(CelltoPack)與CTM（CelltoModule）除了成組模式不同外，就電池包而言與CTB沒有

太大差別，典型完整的電池包結(jié)構(gòu)。其邊界條件的轉(zhuǎn)化，參考CTC與CTP，具體依據(jù)與整車裝配形式確定。

(4)熱管理策略處理

熱管理策略與車輛實(shí)際策略等價(jià)處理，溫度依據(jù)實(shí)際傳感器布置位置最高溫和最低溫。

5.4.5計(jì)算

5.4.5.1瞬態(tài)處理

實(shí)際熱管理過(guò)程為瞬態(tài)過(guò)程。為節(jié)省計(jì)算時(shí)間，再處理上，液冷系統(tǒng)采用穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果與熱傳導(dǎo)瞬

態(tài)耦合模式。即先計(jì)算液冷系統(tǒng)CFD的瞬態(tài)計(jì)算，穩(wěn)態(tài)結(jié)果用于后續(xù)的熱傳導(dǎo)瞬態(tài)過(guò)程。推薦采用實(shí)時(shí)

輸出的方式檢查仿真收斂情況，整車工況下推薦0.02s時(shí)間步長(zhǎng)。

5.4.5.2時(shí)間步長(zhǎng)

時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置應(yīng)考慮使用工況，需基于電流的變化頻率進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)控制，最大時(shí)間步

長(zhǎng)建議為20s。

6

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A

A

附錄A

（資料性）

電芯產(chǎn)熱模型建模流程

A.1建模流程圖。

準(zhǔn)備

明確仿真目標(biāo)

建立仿真方案

幾何模型處理

網(wǎng)格劃分

N

網(wǎng)格質(zhì)量檢查

Y

材料屬性設(shè)置

熱源及邊界條件處理

熱管理策略處理

計(jì)算

后處理

撰寫報(bào)告

文件保存

7

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A.2仿真工況

序號(hào)工況

1低溫靜置

2高速車速

3低溫快充

4低溫慢充

5低速爬坡

6高溫充電等

8

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A.3電芯一維產(chǎn)熱與三維傳熱實(shí)現(xiàn)示意圖

工況電流

熱管理策略散熱邊界

產(chǎn)熱模型

產(chǎn)熱率三維散熱模型熱物性

溫度

9

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A.4幾何建模影響因素流程

準(zhǔn)備

包含零部件/特征不處理不包含零部件/特征處理

計(jì)算計(jì)算

結(jié)果對(duì)比

對(duì)結(jié)果影響偏差>5%/

局部結(jié)果偏差>5%

YN

包含零部件/特征不處理不包含零部件/特征處理

10

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A.5速度與換熱系數(shù)修正流程

準(zhǔn)備

不同速度下的CFD仿真

提取對(duì)流面對(duì)流換熱的熱流密度q

換熱系數(shù)計(jì)算h=q/?T

擬合，參數(shù)辨識(shí)h=BV^n

11

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A.6速度與換熱系數(shù)參數(shù)推薦值

12

《電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力電池包熱管理仿真

技術(shù)規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿編制說(shuō)明

一、項(xiàng)目來(lái)源

鋰離子動(dòng)力電池包熱管理分析是整車開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)驗(yàn)證的關(guān)

鍵環(huán)節(jié)，基于熱、CFD的熱管理仿真技術(shù)大量的應(yīng)用于車用電池包前

期開發(fā)驗(yàn)證中，以縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。為規(guī)范鋰離子動(dòng)力

電池包熱管理仿真，提升企業(yè)模型通用性，推進(jìn)行業(yè)整體發(fā)展，助力

我國(guó)制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。中國(guó)工業(yè)合作協(xié)會(huì)正式批準(zhǔn)立項(xiàng)《電動(dòng)汽車用鋰

離子動(dòng)力電池包熱管理仿真技術(shù)規(guī)范》（團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)：2024-049-T-CIC）。

本標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)聯(lián)汽車動(dòng)力電池研究院有限責(zé)任公司提出，中國(guó)工業(yè)合作

協(xié)會(huì)歸口，廣汽埃安新能源汽車股份有限公司、欣旺達(dá)動(dòng)力科技股份

有限公司、惠州億緯鋰能股份有限公司等組織共同參與編制。

二、標(biāo)準(zhǔn)名稱變更

無(wú)。

三、標(biāo)準(zhǔn)編寫的目的、意義

2021年全國(guó)兩會(huì)將“碳達(dá)峰、碳中和”首次寫入政府工作報(bào)告，

提到未來(lái)將不斷“優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展新能源”。新

能源汽車產(chǎn)業(yè)不僅能夠切實(shí)降低我國(guó)整體碳排放量，同時(shí)也是推動(dòng)我

國(guó)綠色經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措。我們新能源汽車產(chǎn)業(yè)整體已

經(jīng)實(shí)現(xiàn)彎道超車，但與國(guó)際先進(jìn)生產(chǎn)力相比，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、成本控制

上仍然存在一定的差距。主要體現(xiàn)在車企眾多，各企業(yè)產(chǎn)品類型多，

相應(yīng)的設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一致，造成一些資源的浪費(fèi)以及效率低下。

車用鋰離子動(dòng)力電池作為新能源汽車的核心組件，其特殊的物理

特性決定其熱特性不僅影響電池的性能、壽命、安全，同時(shí)也影響著

能量使用效率以及成本。因此，整車及電池包的熱管理設(shè)計(jì)、制造及

驗(yàn)證，在整車開發(fā)過(guò)程中至關(guān)重要。電池包熱管理開發(fā)過(guò)程中，不僅

要考慮整車的工況，還涉及到電池單體的熱特性、電特性以及電池的

熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因電池包熱管理設(shè)計(jì)涉及的因素眾多，基于熱、CFD的

熱管理仿真技術(shù)大量的應(yīng)用于車用電池包前期開發(fā)驗(yàn)證中，以縮短開

發(fā)周期，降低開發(fā)成本。

然而，恰恰因?yàn)闊峁芾矸抡嬖O(shè)計(jì)的因素眾多，目前各企業(yè)，包括

整車廠