本发明属于电动汽车锂电池领域，具体是散热器与液冷电池组的联合仿真方法。
背景技术：
电动汽车作为新能源，排放低，甚至可以实现零排放，可以大大减少对环境的污染，所以电池的使用越来越广泛。但使用过程中成组电池的温升和温度不一致性不仅会导致电池组容量利用率和可用功率的下降，还会降低电池组的使用寿命，不利于电动汽车的使用和推广。所以，电池热管理在电池管理系统中具有不可替代的重要意义。
电池组是电动汽车的动力核心，电池技术发展是制约电动汽车发展的重大影响因素。锂离子电池由于焦耳热和反应热等的存在，会产生大量的热量，由于布置空间限制，容易造成散热条件较差，而引起电池组热量的累积，导致温度上升。电池热管理一般分为空冷、液冷、相变材料冷却和热管冷却，其中，液冷的冷却效果最快速。但是冷却液经过电池箱以后，由于吸收了电池的热量，其温度必然升高，当再度进入电池箱时将不利于电池箱的冷却。所以在箱体外应尽量对冷却液进行散热，对散热器的结构和参数进行优化设计，提高冷却液对电池箱温度冷却的均匀性和有效性。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种散热器与液冷电池组的联合仿真方法，以期望解决目前还没有一种较好的对用于与液冷电池组对接的散热器结构和参数进行优化的方法的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种散热器与液冷电池组的联合仿真方法，包括以下操作步骤：
向计算机模拟系统输入相关参数建立初步的散热器模型，向计算机模拟系统输入相关参数，得到散热器模型的换热面积，设定空气和冷却液的质量、流量及温度；
1)设定散热器冷却液进口温度，假设散热器模型冷却液出口温度低于散热器模型冷却液进口温度，采用热平衡方程求出传热量，再求出散热器空气出口温度；
2)由已知的空气温度和冷却液的进口温度及1)中计算得到的空气及冷却液的出口温度计算出对数平均温差；
3)根据对数平均温度及散热器结构参数计算出空气侧和冷却液侧的换热系数；
4)根据换热系数和传热方程计算出换热量；将上述换热量与传热量进行对比；
若求出上述传热量和上述换热量的差值，该差值与换热量的比值的绝对值≤2％，则重新假设冷却液的出口温度并再次重复1)～3)步计算；
若求出上述传热量和上述换热量的差值，该差值与换热量的比值的绝对值＞2％，则得到确定的散热器模型。
申请人发现在上述的传热量和上述换热量的差值，该差值与换热量的比值的绝对值＞2％时，即可以得到一个性能较好的散热器，通过采用本方法可以快速、便捷、有效的对散热器的结构和参数进行优化，提高冷却液对电池组温度冷却的均匀性和有效性。
进一步的是，向计算机模拟系统输入相关参数得到液冷电池组模型，将上述确定的散热器模型与液冷电池组模型的冷却液管对接。
上述的散热器作为汽车上主要的散热部件，能够带走冷却液的一部分热量，使冷却液温度下降，之后冷却液重新流入液冷电池组，进入下个循环。
上述散热器与液冷电池组的对接，即将液冷电池组(电池箱)内冷却液的出口水温作为散热器的入口水温，将散热器内冷却液的出口水温作为电池箱的入口水温。
进一步的是，上述散热器的模型建立采用udf格式进行编写。
进一步的是，上述联合仿真方法的计算均在fluent软件内完成。
本发明还提供了一种散热器，包括芯体、分别设置在芯体上下方的水室，上述水室上设置有用于对接液冷电池组冷却管的连接管。其中芯体是冷却液和外界环境交换热量的结构。
进一步的是，上述芯体包括上下方向延伸的换热管，上述换热管横向排列布置；上述换热管的侧旁设置有与该换热管传热连接的散热带。
进一步的是，上述散热带为波浪型的板体。
进一步的是，上述散热带包括上下布置的平板，相邻平板之间通过弯板连接，上述平板和弯板组成上述的波浪型的板体。
进一步的是，上述相邻平板之间相互平行。
这样上述散热带的平板和弯板形成翅片，以增加空气的扰动，以增加散热。
进一步的是，所述芯体包括至少两排换热管组，所述换热管组由至少两个换热管并列设置组成；相邻所述换热管组之间设置有散热带。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的散热器与液冷电池组的联合仿真方法中试算流程示意图；
图2为本发明的散热器的结构示意图；
图3为本发明的散热器与液冷电池组对接的示意图；
图4为本发明的散热器降温能力折线图；
图中的编号依次为：1-芯体，2-水室，3-连接管，4-液冷电池组，5-换热管、6-散热带。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：
本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
如图1-4，本实施方式中提供的一种散热器，包括芯体1、分别设置在芯体1上下方的水室2，上述水室2上设置有用于对接液冷电池组4冷却管的连接管3。上述芯体1包括上下方向延伸的换热管5，上述换热管5横向排列布置；上述换热管5的侧旁设置有与该换热管5传热连接的散热带6。这里的换热管5和散热带6可以采用焊接而成。所述芯体1包括至少两排换热管组，所述换热管组由至少两个换热管并列设置组成；相邻所述换热管组之间设置有散热带6。
上述散热带6为波浪型的板体，上述散热带6包括上下布置的平板，相邻平板之间通过弯板连接，上述平板和弯板组成上述的波浪型的板体，即通过将散热带6制成波浪型折叠以增加与空气的接触面积，上述相邻平板之间相互平行。这样上述散热带的平板和弯板形成翅片，散热带6面上开有翅片以增加空气的扰动，以增加散热。
散热器与液冷电池组的联合仿真方法，包括以下操作步骤：
向计算机模拟系统输入相关参数建立初步的散热器模型，向计算机模拟系统输入相关参数，得到散热器模型的换热面积，设定空气和冷却液的质量、流量及温度，即首先建立散热器模型：其中包括传热面积、定型尺寸、对数平均温差、传热量和出口水温的计算等。
具体步骤如下：
1)设定散热器冷却液进口温度，假设散热器模型冷却液出口温度低于散热器模型冷却液进口温度，采用热平衡方程求出传热量，再求出散热器空气出口温度；
2)由已知的空气温度和冷却液的进口温度及1)中计算得到的空气及冷却液的出口温度计算出对数平均温差；
3)根据对数平均温度及散热器结构参数计算出空气侧和冷却液侧的换热系数；
4)根据换热系数和传热方程计算出换热量；将上述换热量与传热量进行对比；
若求出上述传热量和上述换热量的差值，该差值与换热量的比值的绝对值≤2％，则重新假设冷却液的出口温度并再次重复1)～3)步计算；
若求出上述传热量和上述换热量的差值，该差值与换热量的比值的绝对值＞2％，则得到确定的散热器模型。
上述步骤即采用试算法计算散热器出口水温，对于本发明的计算，散热器的换热面积，空气和冷却液的质量流量及温度是已知条件，但是两流体的出口温度是未知的，所以就无法求出传热的对数平均温差，同时，也无法确定流体的定性温度，所以也不能计算出各流体的换热系数。所以，在这种情况下，一般采用试算法进行计算，具体计算步骤如下：
散热器传热面积：散热器的热量交换在芯体中进行，芯体的水管部分走冷却水，散热带上过空气，所以芯体的传热面积可分为水侧的散热面积和气侧的散热面积：
水侧的散热面积fw
fw＝2×(l1+w1)×h1×n2(1)
其中，l1为水管横截面长度，单位为mm；
w1为水管横截面宽度，单位为mm；
h1为水管长，单位为mm；
n2为水管数。
气侧的散热面积fa
其中，hh为翅片高度，单位为m；
w为翅片波距，单位为m；
l为芯体厚度，单位为m；
n1为气侧通道数。
定型尺寸的计算：流体的热力学计算，要用到雷诺数re和努赛尔数nu，而这两个值的计算，通常要用到定型尺寸。对于圆管来说，定型尺寸既为它的半径，而对于非圆管，则取当量直径作为它的定型尺寸，当量直径一般由以下公式计算：
其中，a为流体流通截面积，单位为m2
u为湿周，单位为m，其意义就是参与传热的周长。
所以，水侧的传热当量直径dw：
气侧的当量直径为da：
散热器的热力学计算遵循传热方程式和热平衡方程式。一般由两种方法，分别是效能-单元数法和对数平均温差法。本发明对于散热器出口温度的计算将采用对数平均温差的方法。
对数平均温差的计算：对于管片式散热器，由于流体从进口到出口的温度是变化的过程，冷热流体的温差计算较为复杂，工程上一般采用对数平均温差来计算，并引入修正系数。所以冷热流的平均温差δtm可表示为：
其中，δtmax代表tw1-ta2或者tw2-ta1中较大的值；
δtmin代表tw1-ta2或者tw2-ta1中较小的值；
tw1和tw2表示水的进出口温度；
ta1和ta2表示空气的进出口温度。
φ为管片式散热器的温度修正系数，查文献可得其值为0.97。
散热器传热量的计算：散热器中冷、热流体的传热方程可由如下式子表示：
qa＝ha·fa·η0a·(tw-tma)(7)
qw＝hw·fw·(tmw-tw)(8)
其中，qa和qw分别为空气对壁面的吸热量和冷却液对壁面的放热量；
ha和hw分别为空气与壁面间的换热系数和冷却液与壁面间的换热系数；
tma和tmw分别为空气和冷却液的温度；
η0a为翅片表面的总效率。
假设该传热过程为稳态传热，则可认为q＝qa＝qw，同时由于换热器中介质的温度是沿程变化的，所以两介质的温度差可由平均对数温差表示，传热量q可表示为：
对于ha和hw数值的确定，工程上一般采用经验公式，其中空气与壁面的换热系数ha
其中，ga为空气单位面积质量流量；
j为表面传热因子，工程上一般采用实验拟合的方法得到:
其中，relp为雷诺数；
lp为百叶窗节距。
冷却液的表面换热系数hw
其中，dw是当量直径；
λw冷却液的导热系数；
nuw为努赛尔数，由于散热器内水流速度并不快，一般认为处于层流或者过渡流状态，所以nuw采用gnielinski公式计算：
其中，fi为管内摩擦系数，可由filonenko公式计算：
fi＝(1.82·lnrew-1.64)-2(14)
其中，rew为水侧雷诺数。
散热器的热平衡方程可表示为：
qa＝qa·cρ,a·(ta2-ta1)×1000(15)
qa＝qw·cρ,w·(tw1-tw2)×1000(16)
其中，ta1和ta2分别是气侧的入口温度和出口温度；
tw1和tw2分别是水侧的入口温度和出口温度；
qa和qw分别是气侧和水侧的质量流量；
cρ,a和cρ,w分别气体和冷却液的定压比热容。
上述的传热量和上述换热量的差值，该差值与换热量的比值的绝对值＞2％时，即可以得到一个性能较好的散热器。
向计算机模拟系统输入相关参数得到液冷电池组模型，将上述确定的散热器模型与液冷电池组模型的冷却液管对接，以模拟电池组在高负荷工况下，冷却液及电池组的温度变化情况。
根据电池的总散热选定合适的芯体尺寸。如图4，设置环境温度为25℃，图4中给出了冷却液温度为25℃到80℃时，经过散热器的冷却情况，在入口水温为80℃时，经过散热器后温度变为68.02℃，温降为11.98℃，所以认为该散热器模型正确，可用于之后的模拟计算。
然后是散热器与液冷电池箱的对接，即将电池箱内冷却液的出口水温作为散热器的入口水温，将散热器内冷却液的出口水温作为电池箱的入口水温，如图2所示。计算在fluent内完成，所以要将散热器的模型采用udf格式进行编写，加载入fluent中，并做好各接口的对接。
结果对比：设置冷却液流量为30g/s,初始温度为298k。与散热器温度计算模型对接后，电池箱内电池和冷却液的温度随着时间逐渐升高。用两种工况下的平均温度对比，发现加散热器模块的电池比未加散热器模块的电池平均温度高1.3k。如果以平均温升计算，则加散热器模块的平均温升高于未加的23％左右。这就说明在电池的散热过程中，冷却液的温度对电池的温升的影响还是比较大的，如果在模拟过程中，简单将电池箱冷却液的进口温度定义为恒温的话，和实际的偏差较大。所以，将冷却液的温升考虑进去，可以更好的模拟实际情况。
在1800s时，有散热器的电池温度均方差为0.54k，而没有散热器模块的为1.03k，有散热器的效果要比无散热器的好。分析原因，查看电池组中的最大温差可知，有散热器情况下，温差为3.53k；而在无散热器情况下，最大温差为5.59k，所以有散热器情况下最大温差较小，所以导致温度均方差较小。
综上所述，本实施方式提供了一种较好的对用于与液冷电池组4对接的散热器结构和参数进行优化的方法。
以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。