導(dǎo)讀：2024年4月25日，北京國(guó)際汽車展覽會(huì)首日，寧德時(shí)代發(fā)布全球首款兼顧1000km續(xù)航和4C超充特性的磷酸鐵鋰電池新品——神行PLUS。自2023年8月發(fā)布神行超充電池，可以實(shí)現(xiàn)充電10min,續(xù)航400km，到今天發(fā)布神行PLUS，寧德時(shí)代用8個(gè)月時(shí)間，再次刷新磷酸鐵鋰電池紀(jì)錄。神行PLUS不僅續(xù)航長(zhǎng)，還充的快，充電10分鐘即可補(bǔ)能600km續(xù)航，遠(yuǎn)超行業(yè)水平，真正實(shí)現(xiàn)“1秒1公里”的超級(jí)補(bǔ)能速度。

寧德時(shí)代發(fā)布神行PLUS電池

當(dāng)前，電池包向著高能量密度和大倍率充電的方向發(fā)展，電池?zé)峁芾矸绞揭矎膫鹘y(tǒng)的底面冷卻發(fā)展為大面冷卻或者是多面冷卻。基于超級(jí)快充的多面冷卻的熱管理方式，傳統(tǒng)的電池模型的建立的方式是否已經(jīng)不滿足目前多面冷卻下熱管理仿真精度，那么如何建立合理的模型建立方式呢？

圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)

一、電池快充的影響因素

快充需要在充電樁側(cè)以及電池側(cè)共同發(fā)力。電池側(cè)主要包括了電芯以及系統(tǒng)的熱管理能力。

首先來(lái)看電芯本身的快充能力：主要是兩個(gè)方面，一是要避免快充時(shí)析鋰導(dǎo)致的安全以及壽命衰減。其次是電芯電阻不能太大。主要兩個(gè)影響，首先是產(chǎn)熱比較大 (Q=I2R),容易達(dá)到電芯的安全運(yùn)行溫度。

而在電池系統(tǒng)的散熱能力方面，主要考慮的是跟電芯接觸的散熱面積。電池包快充時(shí)功率和電流較高，導(dǎo)致發(fā)熱量很大，充電速率很大程度上取決于能否高效散熱。而對(duì)于熱量傳遞以及熱量對(duì)流的過(guò)程，其散熱量都跟換熱面積強(qiáng)相關(guān)，Q=K*A*ΔT, 其中K為導(dǎo)熱系數(shù)或者換熱系數(shù)，A為導(dǎo)熱面積或者換熱面積。幾種主流的電池來(lái)比較的話，4680電池單位容量的接觸面積跟21700是減小了的， 雖然電芯采用無(wú)極耳設(shè)計(jì)，內(nèi)阻大大降低，但是散熱面積的大幅下降，導(dǎo)致其快充能力目前還不如21700, 加上頂部冷卻的話可能勉強(qiáng)可以。類似的，在800V系統(tǒng)加持下，麒麟電池大面散熱的能力十分強(qiáng)悍，其散熱面積比21700的1.6倍，是底面和側(cè)面散熱的其他方案的接近2.4倍。可有效帶走快充產(chǎn)生的熱量。所以理論上在電芯能力相似的情況下，麒麟電池的快充確實(shí)強(qiáng)悍。

二、電池快充熱管仿真

單體電芯的仿真：采用底部冷卻，熱管理的冷卻路徑主要通過(guò)卷芯-底面電芯外殼-界面材料-液冷板-冷卻介質(zhì)。多面冷卻：卷芯-大面和底面電芯外殼-界面材料-液冷板-冷卻介質(zhì)。

相對(duì)于傳統(tǒng)的液冷，電芯的發(fā)熱量大了，導(dǎo)熱的路徑改變了，主要體現(xiàn)在電芯內(nèi)部熱量傳遞到液冷板，通過(guò)仿真對(duì)比，發(fā)現(xiàn)電芯的不同的簡(jiǎn)化方式對(duì)于仿真的結(jié)果影響較大。

1、PACK快充仿真

（1）電池電流隨著SOC和溫度變化，soc和溫度以那個(gè)地方更為合適？因?yàn)殡姵匕鼉?nèi)的電芯的溫度是不一致的，每個(gè)電芯的soc也是有差別的。

（2）電池的內(nèi)阻DCR隨著SOC和溫度變化，DCR取值選擇那個(gè)更為合適？因?yàn)殡姵匕鼉?nèi)的電芯的溫度是不一致的，每個(gè)電芯的soc也是有差別的。

（3）導(dǎo)電排的發(fā)熱量對(duì)于仿真結(jié)果影響，主正負(fù)和銅牌連接的熱阻的影響。

（4）恒功率加熱轉(zhuǎn)化溫差和實(shí)際測(cè)試狀態(tài)是否一致。

仿真邊界條件：?環(huán)境25℃，電池包初始25℃，冷卻液流量18L/min（321.9g/s）?全程液冷；最大制冷功率6kW（溫差5.7），進(jìn)口目標(biāo)水溫18℃，?按充電MAP將實(shí)際SOC從10%充電至80%

2、仿真結(jié)論：

環(huán)境25℃，電池包初始25℃，按充電MAP將實(shí)際SOC從10%充電至80%，整個(gè)充電的過(guò)程最大的發(fā)熱量約18KW；

全程最大制冷功率6KW，進(jìn)出口的目標(biāo)水溫18℃，流量18L/min。

充放電最高溫50.5℃，通過(guò)對(duì)比溫度和電流的曲線發(fā)現(xiàn)，快充的前期電流較大，當(dāng)溫度達(dá)到50℃后，電流會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，注意是由于達(dá)到電池充電map的限制功率的導(dǎo)致的。

整個(gè)過(guò)程液冷系統(tǒng)的流量為18L/min，環(huán)境溫度25℃，大約在18s左右達(dá)到目標(biāo)溫度18℃，出口溫度先下降，后上升，最后穩(wěn)定在25℃左右。

3、仿真和試驗(yàn)對(duì)標(biāo)

熱設(shè)計(jì)的目標(biāo)

1、新產(chǎn)品：基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間尺寸、電路板設(shè)計(jì)布局以及結(jié)合元器件選型等條件，做初步仿真來(lái)了解新產(chǎn)品熱管理方案的可行性。

2、老產(chǎn)品：基于之前的產(chǎn)品，在水道、風(fēng)道、材料、結(jié)構(gòu)空間等方面進(jìn)行改善設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真分析，驗(yàn)證優(yōu)化方案設(shè)計(jì)的可行性，更多的是驗(yàn)證改善趨勢(shì)。

對(duì)于仿真結(jié)果和實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)差異較大的問(wèn)題，我們以新能源電芯3D熱仿真為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

下圖中 光滑的三條曲線是在相同的熱模型設(shè)置（除熱源）的基礎(chǔ)上仿真得到，分別表示電芯圓柱面最大溫度、平均溫度和最小溫度；有數(shù)據(jù)噪音的曲線表示測(cè)試數(shù)據(jù)。

說(shuō)明：針對(duì)特定高倍率做到數(shù)據(jù)對(duì)比，數(shù)據(jù)重合較好；受到不恰當(dāng)?shù)腛CV測(cè)量數(shù)據(jù)的影響等，低倍率下誤差會(huì)較大。

誤差來(lái)源：

1）不合理的邊界條件

2）不準(zhǔn)確的OCV數(shù)據(jù)（建議常溫下10%SOC以下靜置時(shí)間不小于7小時(shí)）

3）不準(zhǔn)確的電壓電流容量和SOC等測(cè)試數(shù)據(jù)條件

4）不合理的網(wǎng)格和模型

5）不合理的溫度測(cè)量方法

6）仿真與測(cè)試不一致的環(huán)境

其他個(gè)別注意事項(xiàng)

1）環(huán)境里面的風(fēng)或者可能存在的風(fēng)要穩(wěn)定；

2）電芯表面布置2~3個(gè)傳感器；電芯附近的空氣溫度需要測(cè)量；

3）在測(cè)OCV和測(cè)容量測(cè)快充測(cè)1C放電過(guò)程中，均需要測(cè)溫度；

4）在測(cè)OCV的時(shí)候，電芯不要連接充放電機(jī)；

其他類型的項(xiàng)目，大致都是這些原因（不限于），導(dǎo)致仿真與實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)有偏差，一般都是人為因素造成。

所以，我們要搞清楚做仿真的目的，不是為了取代實(shí)驗(yàn)測(cè)試，而是相輔相成的關(guān)系。后期測(cè)試，可以通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)反饋，驗(yàn)證仿真的準(zhǔn)確性，同時(shí)有利于建立企業(yè)內(nèi)部的仿真數(shù)據(jù)庫(kù)，善于運(yùn)用合適的工具，解決項(xiàng)目實(shí)際的問(wèn)題才是最終目的。