风冷电池模组热性能及成组效率的多目标优化

本工作提出一种基于套筒式热扩散板结构的新型风冷电池热管理系统,通过数值仿真研究电池模组的风冷性能。将电池模组内圆柱形锂离子电池正交排列,电池底部通过电绝缘板与铝制底板连接,且在电池中部配置双层热扩散板,从而增强风冷电池模组的热性能。首先,搭建了相应的风冷实验系统,通过对相同风速条件下的实验结果和仿真结果进行对比,对数值模型的可行性进行了验证。接着对电池模组的进口风速与热扩散板结构参数进行仿真研究,根据中心复合实验设计(CCD)原则得出25个研究案例,为建立优化目标代理模型提供样本数据。然后结合期望函数和代理模型对热扩散板配置下的电池模组进行了多目标优化,包括最高温度、最大温差、进出口压差的望小设计以及电池模组成组效率的望大设计,得到热扩散板结构参数和模组进口风速的最优结构配置。相比常规无扩散板配置设计,优化电池模组的最高温度和最大温差分别降低16.12%(6.36℃)和48.48%(2.72℃),并且重量成组效率为87.1%,与常规设计89.73%接近,在保证高成组效率的基础上显著提高了电池模组的温度一致性。