Team Bath Racing Electric运用Celsius EC solver优化电动车设计的热性能

主要挑战
欧洲大学生方程式（FS）工程竞赛鼓励工程专业的学生团队设计、制造、测试小型方程式赛车并参加比赛。赛车行业将大学生方程式赛车视为工程专业毕业生的标准，每年都有来自全球各地的 100 多支大学生车队参加静态和动态赛事。
来自英国巴斯大学的巴斯电动赛车队（TBRe）在为FS电动汽车（EV）组别进行设计时，发现需要降低其车辆内部开发的二次蓄电池的温度，以符合FS比赛准则。
蓄电池采用圆柱形电池，由集成风扇和管道式空气通道冷却（图 1）。测试的重点是蓄电池的次级电池组，这是产生废热的主要来源。前几年，TBRe 的设计软件无法准确模拟分包的发热情况，因此只能依靠第一原理估算和组装后测试。在组装蓄能器后使用实际测试来测试分包加热，在时间和精力上都非常昂贵。
应用：
汽车电子
软件：
Cadence Celsius EC solver
优势：
- 仿真速度快
- 高精度
- 设计效率高

图 1：不带散热器的蓄能器分包组件 CAD 模型

解决方案
TBRe 团队采用了 Cadence Celsius EC Solver（电子冷却模拟软件，用于准确、快速地分析电子系统的热性能）来测试其参加 2022 年 FS 的电动汽车的热性能和冷却方案。在最初的冷却方案流程中，汽车蓄能器的运行温度为 63.4°C，但 FS 规格要求温度不得超过 60°C。
利用Celsius EC Solver，学生们找出了设计中的主要热缺陷，并测试了有可能性的重设方案，来克服这些问题并合规。在早期的设计中，冷却流从电池子包的侧面向上而不是向下推进，造成了再循环，减少了对分包后部的冷却。在测试了使温度低于 63°C 的临时散热片设计后，团队可以重新设计使用散热片和封盖分包，将温度进一步降低到 59°C，符合规定（图 2）。
“Celsius EC Solver 提供的仿真功能使 TBRe 团队能够在我们的电动汽车 FS 参赛作品中快速迭代散热器和其他热管理组件的设计。今年，我们从简单的第一原理计算转变为对组件性能进行全面的计算流体动力学（CFD）模拟，这帮助我们设计出了迄今为止最安全、热优化程度最高的电池。”
BEN IRELAND-SINCLAIR，Tbre

图 2：增加了散热器的最终 Celsius EC 蓄能器分包模型的热仿真结果

总结
Celsius EC Solver 为 TBRe 团队提供了必要的仿真功能，使他们能够找出原始设计中的缺陷，并通过将空气直接推向子封装的两侧以及在组件上放置盖子来引导气流，从而优化 FS 电动汽车设计的子封装热性能（图 3）。这样一来，温度降低到了 59°C，使学生们能够自信制造出符合比赛规定的新设计。

图 3：蓄能器分包鸟瞰图和显示风扇气流路径的流线图