基于拓扑优化的电池液冷板结构设计研究

以最大换热量为目标函数,对电池液冷板结构进行不同雷诺数和流体域体积分数的拓扑优化.无量纲平均温度随雷诺数和流体域体积分数的增大而降低,流道也更加细化.选取拓扑优化平均温度最低的3组进行热力学数值模拟,以最高温度、温度标准差和进出口压差为冷板散热性能评价指标.结果显示,拓扑优化后的冷板散热性能十分优异,其中,采用雷诺数为125、体积域分数为0.6的拓扑优化结构性能最优,相比于传统并行流道最高温度下降3.99℃(9.92%),温度标准差下降1.62℃(49.62%),进出口压差下降42.28 Pa(27.61%).采用最优拓扑结构搭建电池散热模组,结果显示电池组最高温度为34.39℃,温度标准差为1.83℃,拓扑优化结构的冷板为电池的稳定工作提供了良好的温度环境.

电池液冷板设计及试验研究

针对电池液冷板提出4个设计方案并进行传热性能试验研究。对比液冷板通道内的对流换热系数、热源表面平均温度和温度均匀性,分析不同流道参数及流程布置对平均温度和温度均匀性的影响。试验结果表明:由3#和4#液冷板对比得知,液冷板流道宽度越窄,冷却液流速越大,对流换热系数提高30%;由2#和1#液冷板对比得知,通过流程布置优化设计可以增强传热并改善温度均匀性,对流换热系数提高39%,温度标准差减小5%;由2#和4#液冷板对比得知,对流换热系数越大,平均温度越低,温度均匀性越差,对流换热系数提高37%,平均温度降低0.8℃,表面温差增大17%,温度标准差增大13%。纵向导热能力过强会使得电池模组表面温度均匀性变差,在电池液冷板设计中要平衡纵向和横向的导热能力。该项研究对电动车电池冷却技术的优化具有实际应用意义。