摘要
在“十四五规划”的大背景下，“碳中和”成为了汽车产业讨论的新议题，在政策的倾斜下，新能源汽车产业的发展方兴未艾。电池作为电动汽车的动力源泉，它的性能好坏直接决定了新能源汽车的发展。电池在充放电过程中会产生大量热量，热量的积聚会对电池使用带来巨大风险，因此需要设计合理的电池散热方案以满足电池散热需求。本文以36Ah软包型三元锂离子电池作为研究对象，采用均一化参数化模型对电池单体进行建模，基于变密度的拓扑优化方法，针对锂离子电池液冷热管理系统中的散热翅片冷却法和微通道液冷板冷却法，分别提出了两套适合锂离子电池的液冷散热结构的设计方案。相关研究内容如下： 1)在基于散热翅片冷却法的散热拓扑结构设计中，以四块电池单元以及带有散热翅片的液冷板所组成的电池模组为设计对象，分别以电池组的平均温度和电池组温度场的方差作为优化目标函数进行优化设计，在对比两种优化方案中带翅片的液冷板散热结构以及散热性能的差异后，根据实际工程需求，选择了以电池组的平均温度作为优化目标所得到的液冷散热结构作为最佳设计方案。 2)在基于微通道冷板冷却法的散热拓扑结构设计中，以单块锂离子动力电池及紧贴在一起的动力电池微通道冷板所组成的散热模块为设计对象，以粘性耗散指标和均温指标加权组合的形式作为多目标优化函数，构造了帕累托算法。将进出口压降和最高温度作为评价指标，考察了不同进出口布置方式、不同权重因子下的流道最优结构，并在此基础上对三维锂离子电池液冷散热模型进行验证。研究表明：在绝热边界条件下，进出口布置于长边的平行对角的流道结构，在进出口压降方面整体表现良好，外泵功耗最低，进出口布置于垂直对角的流道结构最高温度最低，冷却效果最好；基于帕累托最优解集筛选的优化后的流道，与传统的栅栏形流道相比，电池单元最高温度下降0.21K，流道进出口压降下降18.25%，电池单元温差减少5.17%；与蛇形流道相比，流体压力下降了85.55%。
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