摘要
英国的WAE公司以其在高性能电池系统和电气化方面的开创性项目而闻名，本文介绍他们利用GT-SUITE研究从快速概念阶段到详细设计阶段分析锂离子电池性能的仿真方法，以支持高性能汽车和电动赛车系列的电动动力系统的开发。
1.GT-SUITE锂电池热分析流程
WAE公司的电池包热分析全流程包括五个关键步骤，如下所示：
2.概念阶段1D热分析
下图是由一个冷板冷却的两个软包电池的模型：
通过建立GT-SUITE一维热分析模型，以评估所提出设计的可行性，并进行初步敏感性研究，研究冷板（通道尺寸、通道数量等）和边界条件（冷却液介质、流量、进口温度）对电池温度的影响。
采用ThermalBlock建立电池模型，并考虑电池材料导热的各向异性。
与CFD结果对比可以看出GT-SUITE能够以高准确性预测出电池的温度、冷却液的温度和冷板的160个微通道之间的流量分布。微通道流量误差平均为3.7%，最大误差为5.2%；电芯温度平均误差为0.3℃，冷却液温度平均误差为0.2℃。
3. 详细1D/3D热分析
在电池包的设计和开发阶段，使用GT-SUITE和GEM3D进行详细分析，可以更准确地模拟电池在稳态和瞬态工况下的行为，这种方法结合了1D的流动和3D的热分析。
4. 热失控传播
模型由25个圆柱形电池单元组成，它们由泡沫隔开以减少热失控传播的可能性。
利用GEM3D对电池模型建模，模型包括盖子、电池、电池间的材料、支架和外壳。
从分析结果来看，泡沫的导热系数越高，邻近电芯的温度就越高。
从下图可以看到四种泡沫均可以抑制热失控的传播，但进一步增加热导率会引连锁反应(Tonset≈100 C)。
在GT-SUITE中使用电池的3D有限元模型，可以在几分钟内分析热失控事件期间所有组件的温度分布。模型可用于优化电池设计，并进行敏感度研究，帮助了解电池热热失控的过程。
5. 总结
GT-SUITE具有流体、热、电等多物理场仿真分析能力，能够贯穿锂电池从概念阶段到详细设计阶段的开发过程。并且由于使用GT-SUITE和GEM3D，热分析模型的保真度可以从0D调整到3D 计算。
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