車輛中心 技術服務處  賴文光

近年來石油資源與環境污染的議題廣受討論，使得汽車工業紛紛投入潔淨動力與替代能源的技術發展，其中，具有較高能源效率與低污染排放等優點的電動車(Electric Vehicle)，已成為重要的選項之一，而其中具關鍵影響的電池，除了須考量充放電性能、使用安全性與使用壽命等因素外，電池所產生的熱亦須謹慎處理，否則，輕則影響電池性能，重則有起火燃燒之虞。因此，電動車於設計開發的各階段，電池散熱的問題必須充份掌握與確認。

為了掌握電池熱的問題，除了必須對單一電池、多個電池組成的電池模組(Battery Module)，以及多個電池模組串並聯而成的整合電池組(Battery Pack)進行測試，用以掌握電池在各種充放電狀態下的實際發熱情形之外，也需要依據電池的擺放空間與使用情境，作適當的散熱設計，包括設置冷卻管路的液冷或設置冷卻風扇的氣冷等方式。

如何能知道散熱設計是否滿足要求呢?最直接的方式就是組裝完成後實際測試，但這必須等待試件齊備了才能執行，而且測試與修改的過程也相當耗時，若能搭配電腦輔助工程分析技術(CAE，Computer-Aided Engineering)，於設計階段即可依據電池數量、排列、位置、發熱特性、使用情境與散熱條件等，建立電腦模擬的數值分析模型，再運用計算流體力學分析軟體，將所計算的溫度變化以動畫顯示出來。

圖1為一電池模組於1C放電(1小時放光電池電量)及自然散熱條件下的溫度分佈變化示意圖，圖2為另一不同排列方式電池模組的溫度分佈變化示意圖，圖3則為一整合電池組考量通風散熱設計的模擬計算結果。由該圖可以很容易的觀察電池的溫度分佈與變化，藉此亦可判斷散熱設計的效果以及冷卻風扇數量、位置或風扇性能的設計調整方向。
 

圖1 電池模組(1)之溫度分佈變化示意圖

圖2 電池模組(2)之溫度分佈變化示意圖

圖3 整合電池組之溫度分佈變化示意圖

由前述可知，透過CAE模擬分析技術可以提高電池散熱設計的效率與品質，降低設計試誤與實際測試的次數，縮短開發時程及降低開發費用，進而協助設計出較合適的散熱系統，使各個電池都能控制在安全的溫度範圍內運作，以確保電池的使用安全性與使用壽命。

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