[4]。目前，風(fēng)冷技術(shù)在鋰離子電池領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是由于電池組的尺寸越來(lái)越大、功率密度越來(lái)越高，傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)已經(jīng)不能滿足其散熱需求。因此，研究人員在風(fēng)冷技術(shù)方面進(jìn)行了大量的研究，以提高其散熱效率和性能。WangREF_Ref16815\w\h[5]等人進(jìn)行了不同電芯排列結(jié)構(gòu)和強(qiáng)制風(fēng)冷策略的鋰離子電池模塊熱研究。SunREF_Ref16877\w\h[6]等人建立了瞬態(tài)電池?zé)崮Ｐ蛠?lái)預(yù)測(cè)電池?zé)嵝袨?，提出了一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法來(lái)確定電池冷卻策略，提出了風(fēng)冷電池組的優(yōu)化設(shè)計(jì)理念并研究了提高電池溫度均勻性的冷卻策略。ZhangREF_Ref16926\w\h[7]等人設(shè)計(jì)了一種功耗更低、冷卻性能更好的T型風(fēng)冷電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，通過(guò)優(yōu)化頂部?jī)A斜，電池布局等方式使風(fēng)冷電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)性能得以進(jìn)一步提高。圖1-2鋰離子空氣冷卻示意圖1.2.2相變冷卻鋰離子電池相變冷卻REF_Ref16965\w\h[8]是一種新型的散熱技術(shù)，通過(guò)利用相變材料在相變過(guò)程中吸收或釋放大量熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池溫度的控制。其優(yōu)點(diǎn)如下1.散熱效果好，相變材料在相變過(guò)程中可以吸收或釋放大量熱量，能夠有效地降低電池溫度，提高散熱效果。2.溫度穩(wěn)定性高：相變材料具有較高的熱容量和熱傳導(dǎo)性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池內(nèi)部溫度的均勻控制，提高電池的穩(wěn)定性和安全性。但其也有如下缺點(diǎn)，如：1.相變材料的制備成本較高，可能會(huì)增加整個(gè)電池系統(tǒng)的成本。2.相變材料在相變過(guò)程中需要一定的時(shí)間來(lái)吸收或釋放熱量，散熱速度相對(duì)較慢REF_Ref16995\w\h[9]。鋰離子電池相變冷卻研究正處于不斷探索和完善的階段，研究人員通過(guò)建立熱模型、優(yōu)化設(shè)計(jì)理念以及改進(jìn)冷卻策略等手段，不斷提高電池的散熱效率和溫度控制能力，為鋰離子電池的安全性和性能提升提供了重要的技術(shù)支持。LingREF_Ref17027\w\h[10]等人發(fā)現(xiàn)相變材料中的熱量積聚會(huì)導(dǎo)致被動(dòng)熱管理系統(tǒng)的故障，而強(qiáng)制空氣對(duì)流的引入提高了相變材料的可靠性，故研究出一種將相變材料與強(qiáng)制風(fēng)冷相結(jié)合的鋰離子電池混合熱管理系統(tǒng)。WangREF_Ref17070\w\h[11]等人進(jìn)行了相變材料的液體冷卻方法輔助鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的數(shù)值分析，評(píng)估了不同配置的系統(tǒng)重量和消耗。圖1-3鋰離子相變冷卻示意圖1.2.3液體冷卻鋰離子電池液冷REF_Ref22404\w\h[12]是一種常用的散熱方式，通過(guò)循環(huán)液體來(lái)吸收電池產(chǎn)生的熱量，然后將熱量傳遞到散熱器中散發(fā)出去。其有如下優(yōu)點(diǎn)：1.液冷系統(tǒng)可以有效地吸收電池產(chǎn)生的熱量，并通過(guò)循環(huán)液體來(lái)快速傳遞熱量到散熱器中，提高散熱效率，有效降低電池溫度。2液冷系統(tǒng)可以在整個(gè)電池模組中均勻分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池溫度的均勻控制，避免局部溫度過(guò)高或過(guò)低導(dǎo)致的問(wèn)題。4.散熱速度快：液冷系統(tǒng)可以快速地吸收和傳遞熱量，散熱速度較快，有助于迅速降低電池溫度REF_Ref11777\w\h[13]。隨著電池組容量的增大和功率密度的提高，電池的熱管理問(wèn)題變得尤為重要。液冷冷卻技術(shù)作為一種有效的電池散熱方式，近年來(lái)備受關(guān)注。ShangREF_Ref17217\w\h[14]等人通過(guò)數(shù)值和CFD，發(fā)現(xiàn)影響熱性能的三個(gè)因素是非線性的，并對(duì)耗散性能進(jìn)行單因素分析，最后通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)提高電池組的冷卻性能。Matthew

YatesREF_Ref17262\w\h[15]等分析了圓柱形鋰離子電池中液體冷卻設(shè)計(jì)的性能，研究了兩種用于鋰離子電池組的液冷設(shè)計(jì)的性能，并研究了通道數(shù)、孔徑、質(zhì)量流量和入口位置的影響。研究表明，CCHS的最大溫差明顯小于MCC。圖1-4鋰離子液體冷卻示意圖1.2.4仿生液冷仿生學(xué)REF_Ref17318\w\h[16]作為一種新興的跨學(xué)科研究領(lǐng)域，借鑒生物體的結(jié)構(gòu)和功能，為工程領(lǐng)域提供了許多創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思路?；诜律鷰缀谓Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的液冷熱管理系統(tǒng)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)熱量均勻分布和高效散熱。通過(guò)優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以提高散熱效率，降低電池溫度，延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命。國(guó)內(nèi)研究人員LiuREF_Ref22515\w\h[17]等提出了一種具有仿生葉脈分支的流道結(jié)構(gòu)。與未優(yōu)化的通道相比，優(yōu)化參數(shù)的通道的Tmax可降低0.23℃，與線性通道相比可降低1.12℃。ZhangREF_Ref17383\w\h[18]等人提出了蜂窩狀BTMS，其中包括仿生微通道和相變材料。使用BP模型的估計(jì)值，電池組的Tmax在39.0℃和3.5℃之間保持穩(wěn)定。WangREF_Ref17462\w\h[19]等提出了蜘蛛網(wǎng)狀通道。該結(jié)構(gòu)采用蜘蛛網(wǎng)狀的散熱結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的散熱性能。受腎小球生長(zhǎng)模式的啟發(fā)，通過(guò)模擬和物理實(shí)驗(yàn)研究了仿生微通道外徑、層數(shù)、液體流速和通道排列對(duì)4C最大電池放電速率的影響。Tmax可調(diào)在37.28℃和36.99℃。當(dāng)放電比為4C和5C時(shí)，電池間溫差分別為4.06℃和4.21℃。這些仿生設(shè)計(jì)可以產(chǎn)生良好的熱性能優(yōu)化，同時(shí)考慮到實(shí)際工業(yè)制造應(yīng)用的可能性。國(guó)外研究人員AlnaqiREF_Ref19267\w\h[20]對(duì)一個(gè)平板LIB進(jìn)行了研究。LIB電池組由幾個(gè)電池組成。將納米流體（Nfs）的路徑放置在每個(gè)電池的兩側(cè)，用于冷卻過(guò)程。使用有限元技術(shù)和COMSOL軟件求解Nfs流和LIB的控制方程。結(jié)果表明，在基礎(chǔ)流體中添加納米顆粒（NP）降低了冷卻系統(tǒng)的熱阻，提高了LIB表面的溫度均勻性。流體速度的增加也具有相同的效果。此外，提高NP的速度和體積百分比還會(huì)降低LIB的最高溫度。對(duì)于體積分?jǐn)?shù)為3%的水和納米流體，入口速度從0.01m/s增加到0.05m/s分別將泵送功率提高了12.62倍和14.53倍。與在相同條件下的純流體相比，通過(guò)在0.01m/s的速度下添加3%NP，傳熱系數(shù)可以增加14%。1.3本課題研究?jī)?nèi)容1.3.1研究目的本文旨在通過(guò)數(shù)值研究，探討基于仿生幾何結(jié)構(gòu)的鋰離子電池液冷熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法。通過(guò)AutoCADMechanical建立模型，利用Comsol模擬仿真軟件對(duì)仿生幾何結(jié)構(gòu)的液冷板進(jìn)行數(shù)值模擬，利用模擬結(jié)果分別討論冷卻液入口處的流速、冷卻液溫度、環(huán)境溫度、冷卻液類型、放電倍率等影響。分析不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)散熱性能的影響。通過(guò)該研究，可以為提高鋰離子電池的安全性、循環(huán)壽命，也為鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了新的思路和方法。1.3.2研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)以三元軟包鋰電池為研發(fā)對(duì)象，提出了一種基于仿生幾何結(jié)構(gòu)的鋰離子電池液冷熱管理系統(tǒng)，分析了不同液冷工作流體、流體入口流速、流體入口溫度、放電倍率和迷你微流道厚度等因素對(duì)電池散熱性能的影響，研究了高能量密度單體電池高倍率快充下的散熱能力。研究?jī)?nèi)容如下：第一章：研究鋰電池應(yīng)用現(xiàn)狀及電池?zé)峁芾硌芯楷F(xiàn)狀介紹，包括空氣冷卻、相變冷卻、液冷。第二章：進(jìn)行鋰離子電池結(jié)構(gòu)及熱特性，液冷板設(shè)計(jì)電池液冷散熱模型的構(gòu)建，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)，Comsol軟件介紹及網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證。第三章：對(duì)鋰離子電池液冷散熱結(jié)構(gòu)仿真分析，對(duì)仿生幾何分支通道液冷板散熱性能分析，包括以下五個(gè)因素：1、冷卻液類型；2、入口流速；3、進(jìn)口溫度；4、冷卻通道厚度；5、放電倍率。第四章：利用MinitabStatisticalSoftware軟件的分析田口設(shè)計(jì)窗口，并結(jié)合最高溫度模擬結(jié)果進(jìn)行分析，得出最優(yōu)組合。第五章：對(duì)仿生幾何結(jié)構(gòu)的鋰離子電池液冷熱管理系統(tǒng)數(shù)值研究做出結(jié)論與展望。2鋰離子電池液冷散熱模型的構(gòu)建2.1電池模型本文選用車用軟包三元鋰電池為研究對(duì)象，如圖2-1為其幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，該電池的基本參數(shù)如表2-1所示。該鋰離子電池由五部分構(gòu)成：負(fù)極電流集流體(Cu)、負(fù)極材料、隔膜、正極材料和正極電流集流體(Al)。負(fù)極材料、隔膜和正極材料的厚度分別為Yn、Ys和Yp，如圖2-2所示。圖2-1軟包電池幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖表2-1鋰離子電池基本參數(shù)名稱參數(shù)額定容量53Ah額定電壓3.6V正極材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2負(fù)極材料石墨能量密度273Wh/kg電池尺寸23mm×160mm×10mm圖2-2鋰離子電池電化學(xué)-熱耦合模型示意圖本文通過(guò)借鑒論文的方法建立鋰離子電池電化學(xué)-熱耦合模型來(lái)計(jì)算其產(chǎn)熱，該模型是將一維電化學(xué)模型中計(jì)算的熱源耦合到三維熱模型中引起熱模型中的溫度變化，如圖2-2所示。電化學(xué)-熱耦合模型模擬所用參數(shù)如表2-2所示，同時(shí)將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合修正，實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)如圖2-3所示，最終得到該單體電池的不同倍率下的單位體積生熱量REF_Ref21103\w\h[21]，如圖2-4所示。表2-2電化學(xué)-熱耦合模型模擬所用參數(shù)參數(shù)名稱單位負(fù)極隔膜正極厚度μm731361孔隙率10.330.540.332活性物顆粒半徑μm9.936.32最大固相Li+濃度mol/m33138948396固相Li+初始濃度mol/m31727718990固相體積分?jǐn)?shù)10.650.547固相電導(dǎo)率S/m1003.8膜接觸電阻Ω?m200電荷傳遞系數(shù)10.50.5電極反應(yīng)速率常數(shù)m2.5/(mol0.5?s)5×10-122×10-11離子遷移數(shù)10.363摩爾氣體常數(shù)J/(mol?K)8.3145法拉第常數(shù)C/mol96485參考溫度K298.15環(huán)境溫度K298.15電解液Li+初始濃度mol/m31200電解質(zhì)參考濃度mol/m31000電池橫截面積m20.037191布魯格曼系數(shù)11.5對(duì)流換熱系數(shù)W/(m2?K)22.5電池密度kg/m31412電池比熱容J/(kg?K)2419.7電池導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?K)λx=1；λy=19λz=19圖2-3實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)圖2-4不同倍率下電池單位體積生熱量圖2.2液冷板設(shè)計(jì)及電池液冷散熱模型的構(gòu)建液冷流道仿生結(jié)構(gòu)是通過(guò)借鑒生物界中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，將生物結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)應(yīng)用到液冷系統(tǒng)中的流道設(shè)計(jì)中。生物界中的結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的演化，具有優(yōu)秀的流體動(dòng)力學(xué)特性。仿生設(shè)計(jì)可以借鑒生物結(jié)構(gòu)的流動(dòng)特性，優(yōu)化液體在流道中的流動(dòng)，提高散熱效率。生物結(jié)構(gòu)通常具有低阻力和低壓力損失的特點(diǎn)，仿生設(shè)計(jì)可以減小液冷流道中的壓力損失，降低系統(tǒng)能耗，提高能效。一些生物結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的傳熱性能，如熱交換器。通過(guò)仿生設(shè)計(jì)，液冷流道的傳熱表面積可以得到增加，從而提高傳熱效果，加快散熱速度。且一些生物結(jié)構(gòu)具有減振和降噪的特性，仿生設(shè)計(jì)可以減少液冷系統(tǒng)的振動(dòng)和噪音，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和舒適性。其還可以改善液冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性，提高系統(tǒng)的可靠性和壽命，減少維護(hù)成本。綜上所述，液冷流道仿生結(jié)構(gòu)可以優(yōu)化流動(dòng)特性、減小壓力損失、增強(qiáng)傳熱效果、降低噪音和振動(dòng)，以及提高系統(tǒng)可靠性等優(yōu)點(diǎn)。這種設(shè)計(jì)方法能夠有效提高液冷系統(tǒng)的性能和效率，為高功率密度和高溫度環(huán)境下的電子設(shè)備提供更好的散熱解決方案。液冷流道仿生結(jié)構(gòu)的主干道負(fù)責(zé)輸送冷卻液體，而分支道則負(fù)責(zé)將冷卻液體均勻地分配到散熱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)全面的散熱覆蓋。通過(guò)優(yōu)化流道的曲折和擴(kuò)散設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)流體動(dòng)力學(xué)的優(yōu)化，減小壓力損失，提高流體的流動(dòng)速度和均勻性，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同部位的溫度控制，通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻液體的流速和流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)散熱區(qū)域溫度的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。液冷板幾何模型與電池液冷散熱模型構(gòu)建如圖2.3、2.4所示，其中流道寬度8mm，厚度2mm，液冷板厚度3mm，電池厚度10mm。圖2-3液冷板幾何結(jié)構(gòu)圖圖2-4電池液冷散熱模型圖2.3計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)為了簡(jiǎn)化模擬，做了如下假設(shè)(1)液冷板是均勻的，各向同性的。(2)假設(shè)不可壓縮的流體具有恒定的粘度μ，恒定熱容Cpl和恒定導(dǎo)熱系數(shù)λ。(3)流體和固體的熱物理性質(zhì)與溫度無(wú)關(guān)對(duì)于液體冷卻板，在不考慮其自身發(fā)熱的情況下，內(nèi)部冷卻液質(zhì)量、動(dòng)量和能量守恒方程如下：內(nèi)部冷卻液質(zhì)量方程：(1)內(nèi)部冷卻液動(dòng)量守恒方程如下：(2)內(nèi)部冷卻液能量守恒方程如下：(3)式中ρ代表密度(kg/m3)，下標(biāo)liq表示流體。t代表時(shí)間(s)。▽代表梯度，如▽*(ρliqv)表示(ρliqv)的梯度。V代表速度矢量(m/s)。P代表壓強(qiáng)(Pa)。C代表熱容(J/[kg*K])，下標(biāo)liq表示流體。T代表溫度(℃)，下標(biāo)liq表示流體。在本課題中，熱量根據(jù)電池發(fā)熱數(shù)據(jù)在電池中均勻產(chǎn)生，熱量在電池內(nèi)部根據(jù)電池導(dǎo)熱系數(shù)各向異性進(jìn)行傳導(dǎo)。導(dǎo)熱系數(shù)在電池長(zhǎng)邊和短邊方向?yàn)?9W/(m·K)，在電池厚度方向?yàn)?W/(m·K)。電池與液冷板之間傳熱的邊界條件可用如下方程表示：(4)(5)其中λ表示導(dǎo)熱系數(shù)(W/[m*K])，下標(biāo)bat表示電池，下標(biāo)plate表示液冷板，Sur表示對(duì)應(yīng)的表面。Ta表示環(huán)境溫度(℃)。熱量在液冷板內(nèi)部根據(jù)液冷板（鋁）導(dǎo)熱系數(shù)各向同性進(jìn)行傳導(dǎo)。液冷板與流體之間傳熱的邊界條件可用如下方程表示：(6)(7)其中h表示對(duì)流換熱系數(shù)(W/[m2*K])電池或液冷板與外界環(huán)境（空氣）的對(duì)流傳熱可表示為：(8)(9)2.4流體流動(dòng)模型雷諾數(shù)(Re)REF_Ref23796\w\h[22]用于區(qū)分流體流動(dòng)是層流還是湍流，可描述為：(10)式中：μ為粘性系數(shù)；um為入口流速；Dh為通道的水力直徑，可表示為Dh=2(lch×bch)/(lch+bch)。當(dāng)Re<2300時(shí)，流體流動(dòng)為層流；當(dāng)Re≥2300時(shí)，流體流動(dòng)為湍流。(11)式中S為截面面積，C為截面周長(zhǎng)。將本課題仿真所用最大流速0.16m/s、計(jì)算得到的最大水力直徑3.2×10-3m、298.15K時(shí)水的密度997.03kg/m3和水可能出現(xiàn)的最高溫度305.15K時(shí)的粘度76.3×10-5Pa*s代入雷諾數(shù)計(jì)算方程中得雷諾數(shù)為2090.8。由于2090.8<2300，因此仿真過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)湍流，可選用層流模塊。2.5Comsol軟件介紹及邊界條件ComsolMultiphysics是一款多物理場(chǎng)仿真軟件，可用于模擬和分析各種物理現(xiàn)象和工程問(wèn)題。支持多種物理場(chǎng)的耦合仿真，包括結(jié)構(gòu)力學(xué)、電磁場(chǎng)、流體力學(xué)、傳熱、化學(xué)反應(yīng)等。用戶可以在同一個(gè)模型中同時(shí)考慮多個(gè)物理場(chǎng)之間的相互作用。提供了大量的預(yù)定義物理模型和材料屬性庫(kù)，用戶可以直接使用這些模型來(lái)快速構(gòu)建仿真模型，無(wú)需從頭開始編寫方程。它是一款強(qiáng)大而靈活的多物理場(chǎng)仿真軟件，適用于各種工程領(lǐng)域的仿真和分析任務(wù)。通過(guò)Comsol用戶可以快速、準(zhǔn)確地模擬復(fù)雜的物理現(xiàn)象，幫助工程師和科研人員更好地理解和優(yōu)化其設(shè)計(jì)。本文通過(guò)ComsolMultiphysics對(duì)鋰離子電池散熱過(guò)程進(jìn)行模擬，物理場(chǎng)的選擇為固體和流體傳熱及層流。液冷板材料選擇為鋁板，冷卻液選擇為水，進(jìn)口溫度設(shè)置為25℃，入口流速設(shè)置為0.12m/s，并采用3C電池放電時(shí)所產(chǎn)生的熱源來(lái)進(jìn)行模擬。2.6網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證基于任何有限元分析模型得到的精度都與模型所劃分的網(wǎng)格直接相關(guān)，使用有限元網(wǎng)格將幾何模型劃分成多個(gè)微小的域，這些域稱之為單元。求解在這些微小單元上定義的方程來(lái)得到所需的近似解。越細(xì)化的單元，所得到的解越接近真實(shí)的解。網(wǎng)格劃分得到的單元越細(xì)小，雖然能得到更加準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，但同時(shí)也會(huì)給計(jì)算機(jī)帶來(lái)巨大的計(jì)算量，從而降低計(jì)算效率，因此在網(wǎng)格劃分時(shí)需權(quán)衡計(jì)算精度需求和計(jì)算機(jī)算力大小。為減少計(jì)算量同時(shí)保證精度，可在模型的不同區(qū)域適當(dāng)?shù)募?xì)化或粗化網(wǎng)格，如在幾何結(jié)構(gòu)變化大的區(qū)域選用更加細(xì)化的網(wǎng)格。圖2-5是電池冷卻系統(tǒng)的模型網(wǎng)格及邊界層圖。由圖2-6可知，根據(jù)不同體積網(wǎng)格的獨(dú)立驗(yàn)證，電池最高溫度(Tmax)的最大誤差為0.0056%。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)超過(guò)1000000時(shí)，Tmax幾乎不變。為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，模擬選擇網(wǎng)格數(shù)為1000000。圖2-5模型網(wǎng)格圖2-6網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證2.7本章小結(jié)本章介紹了進(jìn)行模擬的電池類型的選擇以及參數(shù)的確定，并基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論，搭建一種新型結(jié)構(gòu)仿生幾何分支通道液冷系統(tǒng)三維模型，使用AutoCADMechanical軟件構(gòu)建了液冷板、電池等的幾何模型。計(jì)算了流體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)，并計(jì)算模型雷諾數(shù)以確定流體流動(dòng)是層流還是湍流。介紹了ComsolMultiphysics軟件的基本情況，且確定了一些進(jìn)行模擬的基本參數(shù)，如入口速度設(shè)定為0.12m/s，進(jìn)口溫度設(shè)定為25℃，放電倍率設(shè)定為3C等。最后計(jì)算了不同網(wǎng)格數(shù)下的精確度，進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證，確定課最后進(jìn)行模擬的網(wǎng)格數(shù)為1000000個(gè)。3不同冷卻因素對(duì)仿生幾何結(jié)構(gòu)電池散熱性能的影響針對(duì)仿生幾何結(jié)構(gòu)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，本文討論了不同工作流體REF_Ref19561\w\h[23]、流體流速、流體進(jìn)口溫度、環(huán)境溫度和放電倍率對(duì)電池最高溫度和最大溫差的影響，這里列出了重要的觀察結(jié)果。3.1理想流體的選擇為了確定BTM的理想工作流體，本文針對(duì)水、空氣、50%乙二醇水溶液、礦物油等幾種工作流體進(jìn)行模擬討論。其中單體電池在3C的放電倍率，工作流體以0.12m/s的速度通過(guò)電池的仿生幾何結(jié)構(gòu)微流道液冷板，同時(shí)電池和冷卻液的初始溫度固定在25℃。圖3-1所示為不同工作流體下電池最高溫度隨時(shí)間變化圖，圖3-2所示為不同工作流體下電池最大溫差和最大壓差變化圖。從圖中可以看出，雙液冷板結(jié)構(gòu)下不同工作流體對(duì)電池的散熱效果不同，這主要的原因是不同工作流體的比熱容和密度不同，進(jìn)而影響冷板的換熱能力。圖3-1不同工作流體下電池最高溫度隨時(shí)間變化圖圖3-2不同工作流體下電池最大溫差與最大壓差變化圖從圖3-1中可以看出，無(wú)論何種工作流體，電池最高溫度隨放電時(shí)間的進(jìn)行而提高。從圖3-2可以看出，不同的工作流體，電池的最大溫差不同。對(duì)于空氣，單體電池最高溫度和溫差分別為42.92℃和17.67℃，壓差為1.86pa；對(duì)于礦物油，單體電池最高溫度和溫差分別為33.9℃和8.98℃，壓差為47883pa；對(duì)于水，單體電池最高溫度和溫差分別為30.5℃和5.6℃，壓差為107.54pa；大量研究表面：動(dòng)力鋰離子電池的工作溫度范圍為25-35℃，各單體間最大溫差不超過(guò)5℃有利于充分發(fā)揮其性能。因此，從最大溫差的角度考慮，空氣不適合。雖然礦物油的最大溫度和溫差均符合要求，但是從壓差的角度考慮，壓差越大，泵輸送消耗能量越大，影響續(xù)航里程，故礦物油也不適合作為本文的工作流體。水和50%乙二醇水溶液，電池的最大溫度、最大溫差和壓降分別為，兩者相近，但考慮到水在零度以下會(huì)變成固體，阻礙流動(dòng)，而加入50%乙二醇的水溶液能夠在零下度下保持液態(tài)，這對(duì)新能源汽車在北方推廣有很大的幫助，故本文選擇50%乙二醇水溶液作為理想的工作流體。3.2流體流速的影響本節(jié)針對(duì)不同入口流速下對(duì)電池液冷系統(tǒng)3C倍率放電散熱性能進(jìn)行研究。設(shè)置電池和冷卻液的初始溫度固定在25℃，冷卻液流速分別為0.04m/s、0.08m/s、0.12m/s和0.16m/s。圖3-3為不同流速下單體電池表面溫度分布云圖，從圖中可以看出，不同入口流速下，單體電池最高溫度分布大致相同，而且單體電池最高溫度隨冷卻液流速增加而下降。這主要是因?yàn)橐豪浒宓膿Q熱能力隨冷卻液入口流速的提升而增加。圖3-3不同流速下單體電池表面溫度分布云圖圖3-4不同工作流體入口流速下電池最高溫度隨時(shí)間變化圖圖3-5不同工作流體入口流速下電池最大溫差與最大壓差圖圖3-4為不同工作流體入口流速下電池最高溫度隨時(shí)間變化圖，圖3-5為不同工作流體入口流速下電池最大溫差和壓差圖。從圖3-4和3-5中可以看出，單體電池最高溫度和最大溫差隨冷卻液入口流速的提升而下降。當(dāng)入口流速為0.04m/s時(shí)，單體電池最高溫度和最大溫差分別為32.6649℃和7.9049℃；冷卻液入口流速為0.08m/s時(shí)，單體電池最高溫度和最大溫差分別為29.9351℃和5.0807℃；冷卻液入口流速為0.12m/s時(shí)，單體電池最高溫度和最大溫差分別為28.6818℃和3.7814℃；冷卻液入口流速為0.16m/s時(shí)，單體電池最高溫度和最大溫差分別為28.1482℃和3.2271℃；當(dāng)冷卻液入口流速?gòu)?.08m/s增加到0.012m/s時(shí)，電池模組最高溫升和溫差分別下降了1.2533℃和1.2993℃，溫差與溫升下降的幅度比較明顯，當(dāng)冷卻液入口流速?gòu)?.12m/s增加到0.16m/s時(shí)，電池模組最高溫升和溫差分別下降了0.5336℃和0.5543℃，溫差與溫升下降的幅度不再明顯，說(shuō)明此時(shí)冷卻液入口流速的增加對(duì)電池的溫升作用效果減弱，繼續(xù)再提高冷卻液入口流速，電池最高溫升下降的幅度開始不斷縮小。這主要是因?yàn)橐豪浒迳崮芰τ邢?，不能一味的增加冷卻液入口流速，反而會(huì)對(duì)冷卻系統(tǒng)增加能量的消耗。因此，從最高溫度和最大溫差的角度，同時(shí)考慮水泵消耗，本文選擇冷卻液入口流速為0.12m/s為最佳流速。3.3流體進(jìn)口溫度的影響基于上述得出50%乙二醇水溶液作為工作流體、0.12m/s作為最佳入口流速下，本節(jié)針對(duì)不同入口溫度下對(duì)電池液冷系統(tǒng)3C倍率放電散熱性能進(jìn)行研究。設(shè)置入口溫度分別為20℃、25℃、30℃和35℃。圖3-6為不同流速下單體電池表面溫度分布云圖，從圖中可以看出，不同進(jìn)口溫度下，單體電池最高溫度分布大致相同，而且單體電池最高溫度隨進(jìn)口溫度增加而上升。這主要是因?yàn)槔鋮s液溫度越高其熱交換能力越差，導(dǎo)致散熱板散熱效果越差。圖3-6不同進(jìn)口溫度下單體電池表面溫度分布云圖圖3-7不同進(jìn)口溫度下電池最高溫度隨時(shí)間變化圖圖3-8不同進(jìn)口溫度下電池最大溫差圖圖3-7為不同進(jìn)口溫度下電池最高溫度隨時(shí)間變化圖，圖3-8為不同進(jìn)口溫度下電池最大溫差圖。從圖3-7和3-8中可以看出，單體電池最高溫度隨進(jìn)口溫度的提升而提升，最大溫差隨進(jìn)口溫度的提升而下降。當(dāng)進(jìn)口溫度為20℃時(shí)，單體電池最高溫度和最大溫差分別為24.02896℃和4.13944℃；當(dāng)進(jìn)口溫度為25℃時(shí)，單體電池最高溫度和最大溫差分別為28.65013℃和3.74877℃；當(dāng)進(jìn)口溫度為30℃時(shí)，單體電池最高溫度和最大溫差分別為33.46167℃和3.55379℃；當(dāng)進(jìn)口溫度為35℃時(shí)，單體電池最高溫度和最大溫差分別為38.25059℃和3.33569℃；20℃流體可能會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度過(guò)低，影響電池的性能和循環(huán)壽命，電池的充放電表現(xiàn)可能受到影響。30℃及35℃流體可能會(huì)提高電池的工作溫度，一些鋰電池在高溫下可能會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題或?qū)е码姵乩匣涌?，故本文選擇進(jìn)口溫度25℃為最佳溫度。3.4冷卻通道厚度的影響本節(jié)針對(duì)不同冷卻通道厚度下對(duì)電池液冷系統(tǒng)3C倍率放電散熱性能進(jìn)行研究。設(shè)置電池和冷卻液的初始溫度固定在25℃，入口流速為0.12m/s，分別設(shè)置冷卻通道厚度為1mm，2mm，3mm，4mm。圖3-9為不同冷卻通道厚度下單體電池表面溫度分布云圖，從圖中可以看出，不同進(jìn)口溫度下，單體電池最高溫度分布大致相同，而且單體電池最高溫度隨冷卻通道厚度增加而下降。圖3-9不同冷卻通道厚度下單體電池表面溫度分布云圖圖3-10不同冷卻通道厚度下單體電池最高溫度圖圖3-11不同冷卻通道厚度下單體電池最大溫差與最大壓差圖由圖3-11不同冷卻通道厚度下單體電池最大溫差與最大壓差圖可看出，散熱效果與冷卻通道厚度成正比，當(dāng)液冷板厚度為3mm時(shí)，其最大壓差值最小，泵輸送消耗能量也最小，故最終選用3mm厚的冷卻通道。3.5電池放電倍率的影響鋰電池放電倍率對(duì)散熱的影響REF_Ref19604\w\h[24]可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行討論:當(dāng)鋰電池以較高的放電倍率放電時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)生更多的熱量，需要更高效的散熱來(lái)將這些熱量散發(fā)出去。高放電倍率下，電池外表面的溫度會(huì)升高，需要更好的散熱設(shè)計(jì)來(lái)保持電池溫度在安全范圍內(nèi)。高放電倍率下，散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得尤為重要。有效的散熱系統(tǒng)可以幫助電池迅速散熱，降低溫度，提高電池的安全性和性能穩(wěn)定性。適當(dāng)設(shè)計(jì)的散熱系統(tǒng)可以減少熱量在電池內(nèi)部積聚的可能性，延長(zhǎng)電池壽命。高放電倍率可能會(huì)加速電池的老化過(guò)程，降低循環(huán)壽命。過(guò)高的放電倍率會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力增加，電解質(zhì)的損耗加劇，從而影響電池的壽命。因此，在設(shè)計(jì)和使用鋰電池時(shí)，需要考慮放電倍率對(duì)電池壽命的影響。綜上所述，鋰電池放電倍率對(duì)散熱的影響主要體現(xiàn)在散熱效率、散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)和循環(huán)壽命等方面，需要在實(shí)際應(yīng)用中綜合考慮電池的安全性、性能穩(wěn)定性和壽命等因素。在討論不同放電倍率下鋰電池對(duì)散熱的影響時(shí)，我們可以按照放電倍率分別討論如下：1C、1.5C、2C、3C、4C、5C放電倍率分別指的是電池以其額定容量的對(duì)應(yīng)倍率進(jìn)行放電。在1C、1.5C、2C放電倍率下，電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量相對(duì)較少，散熱相對(duì)容易。通常情況下，電池在1C放電倍率下的散熱要求較低，可以通過(guò)常規(guī)的散熱設(shè)計(jì)來(lái)滿足。在3C放電倍率下，電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量顯著增加，需要更強(qiáng)大的散熱系統(tǒng)來(lái)有效散熱。散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要更加精細(xì)，以確保電池不會(huì)過(guò)熱。在4C和5C放電倍率下，電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量會(huì)非常高，需要非常強(qiáng)大和高效的散熱系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)。這可能需要采用更先進(jìn)的散熱技術(shù)，如液冷或更大的散熱表面積，以確保電池在高放電倍率下不會(huì)過(guò)熱。選用1C、1.5C、2C等放電倍率的電池時(shí)，由于其放電倍率較低，產(chǎn)熱量小于3C、4C、5C放電倍率的電池，當(dāng)液冷系統(tǒng)滿足3C、4C、5C電池時(shí)，必然同時(shí)滿足低放電倍率電池，故不對(duì)其進(jìn)行模擬。圖3-12不同放電倍率下單體電池表面溫度分布云圖本小節(jié)模擬鋰電池的3種不同放電倍率，分別為3C、4C、5C。在冷卻液入口流速0.08m/s，進(jìn)口溫度25℃的情況下進(jìn)行的模擬。得出如圖3-124不同進(jìn)口溫度下單體電池表面溫度分布云圖。圖3-13不同放電倍率下單體電池最高溫度圖圖3-14不同放電倍率下單體電池最大溫差圖由圖3-14不同放電倍率下單體電池最大溫差圖可得出，當(dāng)選用3C放電倍率的電池時(shí)，溫度控制較為良好，且放電倍率較高，可以滿足設(shè)備的正常使用。當(dāng)選用4C、5C放電倍率時(shí)，電池溫度過(guò)高，其安全性和性能穩(wěn)定性受到一定影響，故最終選用3C放電倍率。3.6本章小結(jié)根據(jù)電池的生熱-傳遞機(jī)制和內(nèi)部電阻特性，在驗(yàn)證電池模型的基礎(chǔ)上，提出一種新型結(jié)構(gòu)仿生幾何結(jié)構(gòu)微流道液冷板的液冷熱管理系統(tǒng)性能分析，主要研究結(jié)果如下：針對(duì)仿生幾何結(jié)構(gòu)微流道液冷板，當(dāng)工作流體選為空氣時(shí)，最大溫差過(guò)大，故空氣不適合。雖然礦物油的最高溫度和溫差均符合要求，但是從壓差的角度考慮，壓差越大，泵輸送消耗能量越大，影響續(xù)航里程，故礦物油也不適合作為本文的工作流體。乙二醇可以降低水的冰點(diǎn)和提高沸點(diǎn)，從而在寒冷的冬季和炎熱的夏季保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)不受損壞。此外，乙二醇還具有防銹、防腐蝕和抗氧化等功能，可以延長(zhǎng)冷卻系統(tǒng)的使用壽命。故本文選擇50%乙二醇水溶液作為工作流體。（2）針對(duì)仿生幾何結(jié)構(gòu)微流道液冷板，當(dāng)冷卻液入口流速?gòu)?.08m/s增加到0.012m/s時(shí)，電池模組最高溫升和溫差分別下降了1.2533℃和1.2993℃，溫差與溫升下降的幅度比較明顯，當(dāng)冷卻液入口流速?gòu)?.12m/s增加到0.16m/s時(shí)，電池模組最高溫升和溫差分別下降了0.5336℃和0.5543℃，溫差與溫升下降的幅度不再明顯，說(shuō)明此時(shí)冷卻液入口流速的增加對(duì)電池的溫升作用效果減弱，繼續(xù)再提高冷卻液入口流速，電池最高溫升下降的幅度開始不斷縮小。這主要是因?yàn)橐豪浒迳崮芰τ邢?，不能一味的增加冷卻液入口流速，反而會(huì)對(duì)冷卻系統(tǒng)增加能量的消耗。因此，從最高溫度和最大溫差的角度，同時(shí)考慮水泵消耗，本文選擇冷卻液入口流速為0.12m/s為最佳流速。（3）針對(duì)仿生幾何結(jié)構(gòu)微流道液冷板，當(dāng)進(jìn)口流體溫度為20℃時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度過(guò)低，影響電池的性能和循環(huán)壽命，電池的充放電表現(xiàn)可能受到影響。王進(jìn)口流體溫度為30℃及35℃流體可能會(huì)提高電池的工作溫度，一些鋰電池在高溫下可能會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題或?qū)е码姵乩匣涌?，故本文選擇進(jìn)口溫度25℃為最佳溫度。（4）針對(duì)仿生幾何結(jié)構(gòu)微流道液冷板，當(dāng)選用冷卻通道為3mm厚時(shí)，溫度控制較為良好，壓差最小，泵送消耗最少，故最終選用3mm厚冷卻通道。（5）針對(duì)1仿生幾何結(jié)構(gòu)微流道液冷板，當(dāng)選用1C、1.5C、2C等放電倍率的電池時(shí)，溫度控制較為良好，但由于其放電倍率較低，可能無(wú)法滿足相應(yīng)設(shè)備的正常使用。當(dāng)選用3C放電倍率的電池時(shí)，溫度控制較為良好，且放電倍率較高，可以滿足設(shè)備的正常使用。當(dāng)選用4C、5C放電倍率時(shí)，電池溫度過(guò)高，其安全性和性能穩(wěn)定性受到一定影響，故最終選用3C放電倍率。綜上：此結(jié)構(gòu)在冷卻液選擇為50%乙二醇水溶液時(shí)候、入口流速為0.12m/s、進(jìn)口流體溫度為25℃、冷卻通道3mm，放電倍率為3C時(shí)，冷卻效果最好。4雙液冷板電池?zé)峁芾斫Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析4.1正交試驗(yàn)介紹及MinitabStatisticalSoftware軟件介紹正交試驗(yàn)是一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法REF_Ref24005\w\h[25]，通過(guò)合理地選擇試驗(yàn)因素和水平，以及設(shè)計(jì)合適的試驗(yàn)方案，從而在盡量少的試驗(yàn)次數(shù)下獲得盡可能多的信息。正交試驗(yàn)?zāi)軌驇椭芯咳藛T快速有效地確定影響產(chǎn)品或過(guò)程的關(guān)鍵因素，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程，并降低試驗(yàn)成本和時(shí)間。MinitabStatisticalSoftware是一款專業(yè)的統(tǒng)計(jì)分析軟件，廣泛應(yīng)用于工程、質(zhì)量管理、生產(chǎn)等領(lǐng)域。Minitab提供了豐富的統(tǒng)計(jì)分析功能，包括描述統(tǒng)計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)、方差分析、回歸分析等。在正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，Minitab可以幫助用戶選擇合適的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和解釋，從而幫助用戶快速有效地優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程。本正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中將最高溫度和最大溫差作為指標(biāo)，首先，通過(guò)第三章的單因素的討論，確定試驗(yàn)的因素?cái)?shù)和水平值，利用MinitabStatisticalSoftware軟件根據(jù)因素?cái)?shù)和水平值設(shè)計(jì)出適合的正交表。接著按照設(shè)計(jì)出的正交表中所列的因素水平組合進(jìn)行仿真模擬，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行極差分析，得出因素影響電池組溫度指標(biāo)的等級(jí)排序，確定核心影響因素和最優(yōu)組合。最后，根據(jù)最優(yōu)組合得出優(yōu)化后的結(jié)果。4.2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)本文將入口流體流速、入口流體流入溫度和管道直徑作為正交試驗(yàn)3種因素，每個(gè)因素選取4種水平，建立3因素4水平因素水平表，列表4-1中。電池在3C放電倍率下放電至1200s。表4-1因素水平表水平因素入口流體流速[m/s]進(jìn)口溫度[℃]冷卻通道厚度[mm]10.0420120.0825230.1230340.16354由上述確定的因素水平表，根據(jù)MinitabStatisticalSoftware軟件的田口設(shè)計(jì)，得出L16（34）正交表，共有16種正交組合。分別對(duì)16組試驗(yàn)進(jìn)行模擬仿真，得出每組的電池最高溫度和最大溫差值，如表4-2所示。表4-2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和指標(biāo)結(jié)果測(cè)試組水平最高溫度最大溫差10.04m/s20℃1mm35.615.720.04m/s25℃2mm349.130.04m/s30℃3mm36.56.540.04m/s35℃4mm39.44.450.08m/s20℃2mm27.67.760.08m/s25℃1mm35.110.270.08m/s30℃4mm32.72.780.08m/s35℃3mm38.73.790.12m/s20℃3mm23.43.4100.12m/s25℃4mm272110.12m/s30℃1mm37.27.3120.12m/s35℃2mm39.44.5130.16m/s20℃4mm222.0140.16m/s25℃3mm28.13.1150.16m/s30℃2mm34.44.5160.16m/s35℃1mm單體電池的最高溫度分析在本節(jié)中，使用極差分析方法分析表4-2中正交試驗(yàn)的最高溫度的結(jié)果。其中，Ki是正交數(shù)值試驗(yàn)中因子對(duì)應(yīng)的第i（i=1，2，3，4）級(jí)最高溫度之和，ki是Ki的平均值。極差R(Tmax)為ki的最大值與最小值之差，其能夠更直觀地反映出本結(jié)構(gòu)中不同因素對(duì)最高溫度的敏感性。在本節(jié)中，使用極差分析方法分析表4-2中正交試驗(yàn)結(jié)果中的最高溫度進(jìn)行分析。利用MinitabStatisticalSoftware軟件的分析田口設(shè)計(jì)窗口，并結(jié)合最高溫度模擬結(jié)果進(jìn)行分析，極差分析表格如表4-3所示。表4-3電池的最高溫度的極差分析結(jié)果水平入口流體流速[m/s]流體流入溫度[℃]冷卻通道厚度[mm]k1（Tmax）36.3827.1537.05k2（Tmax）33.5331.0533.85k3（Tmax）31.7535.2031.67k4（Tmax）31.2039.4530.27R(Tmax)5.1812.306.77極差越大，該因素對(duì)電池的最高溫度的影響就越大，極差越小，該因素對(duì)電池的最高溫度的影響就越小。很明顯，因素入口流體流速、流體流入溫度和冷卻通道厚度的極差分別為5.18、12.30和6.77。因素流體流入溫度的極差最大，因素入口流體流速的極差最小。換句話說(shuō)，流體流入溫度是對(duì)電池的最高溫度影響最大的因素，而入口流體流速對(duì)電池的最高溫度影響最小。因此，這三個(gè)因素對(duì)本BTMS電池的最高溫度的重要性排序依次為流體流入溫度>冷卻通道厚度>入口流體流速。圖4-1不同因素水平下電池的最高溫度圖4-1為利用MinitabStatisticalSoftware軟件得出的不同因素水平下的電池最高溫度曲線圖，從圖可以看出，當(dāng)液體流速?gòu)?.04[m/s]增加到0.16[m/s]時(shí)，電池最高溫度一直下降，但從0.12[m/s]增加至0.16[m/s]時(shí)溫度下降并不明顯，此時(shí)泵送功率卻要提高許多，因此，當(dāng)速度為0.12[m/s]時(shí)候最優(yōu)；當(dāng)液體入口溫度從20[℃]增加到35[℃]時(shí)，電池最高溫度隨液體入口溫度增加而增加，因此，當(dāng)液體入口溫度為20[℃]時(shí)候，電池散熱效果最佳；當(dāng)冷卻通道厚度從1[mm]增加到4[mm]時(shí)，電池最高溫度隨冷卻通道厚度的增加而減少，但從3[mm]增加至4[mm]時(shí)溫度下降并不明顯，此時(shí)泵送功率卻要提高許多，因此，當(dāng)冷卻通道厚度為3[mm]時(shí)候最優(yōu)；因此，最佳參數(shù)組合為入口流體流速為0.12[m/s]、流體流入溫度為20[℃]和冷卻通道厚度為3[mm]。4.4單體電池的最大溫差分析利用MinitabStatisticalSoftware軟件的分析田口設(shè)計(jì)窗口，并結(jié)合最高溫度模擬結(jié)果進(jìn)行分析，極差分析表格如表4-4所示。表4-4電池的最大溫差的極差分析結(jié)果水平入口流體流速[m/s]流體流入溫度[℃]冷卻通道厚度[mm]k1（?Tmax）8.9257.2009.650k2（?Tmax）6.0756.1006.450k3（?Tmax）4.3005.2504.175k4（?Tmax）3.7504.5002.775R(?Tmax)5.1722.7006.875因素入口流體流速、流體流入溫度和冷卻通道厚度的極差分別為5.172、2.700和6.875。因素冷卻通道厚度的極差最大，因素入口流體流速的極差最小。換句話說(shuō)，冷卻通道厚度是對(duì)電池的最大溫差影響最大的因素，而流體流入溫度對(duì)電池的最大溫差影響最小。因此，這三個(gè)因素對(duì)本BTMS電池的最大溫差的重要性排序依次為冷卻通道厚度>入口流體流速>流體流入溫度。圖4-2不同因素水平下電池的最大溫差圖4-1為利用MinitabStatisticalSoftware軟件得出的不同因素水平下的電池最高溫度曲線圖，從圖可以看出，當(dāng)液體流速?gòu)?.04[m/s]增加到0.16[m/s]時(shí)，電池最大溫差一直下降，當(dāng)液體流速為0.12[m/s]時(shí)候，最大溫差最接近于5[℃]，因此選用0.12[m/s]為最優(yōu)因；當(dāng)液體入口溫度從20[℃]增加到35[℃]時(shí)，電池最大溫差隨液體入口溫度增加而減小，當(dāng)液體入口溫度為30[℃]時(shí)候，最大溫差最接近于5[℃]，因此選用30[℃]為最優(yōu)；當(dāng)冷卻通道厚度從1[mm]增加到4[mm]時(shí)，電池最高溫度隨冷卻通道厚度的增加而減少，當(dāng)冷卻通道厚度為3[mm]時(shí)候，最大溫差最接近于5[℃]，因此選用3[mm]為最優(yōu)；因此，最佳參數(shù)組合為入口流體流速為0.12[m/s]、流體流入溫度為30[℃]和冷卻通道厚度為3[mm]。4.5參數(shù)優(yōu)化分析比較最佳參數(shù)組合為入口流體流速為0.12[m/s]、流體流入溫度為20[℃]和冷卻通道厚度為3[mm]和最佳參數(shù)組合為入口流體流速為0.12[m/s]、流體流入溫度為30[℃]和冷卻通道厚度為3[mm]的模擬結(jié)果。圖4-3正交分析后兩組最優(yōu)組合最高溫度對(duì)比圖4-4正交分析后兩組最優(yōu)組合表面溫度分布云圖由圖4-3正交分析后兩組最優(yōu)組合最高溫度對(duì)比，圖4-4正交分析后兩組最優(yōu)組合表面溫度分布云圖可得，當(dāng)進(jìn)口溫度為30℃時(shí)，可能導(dǎo)致電池溫度過(guò)高，從而影響電池性能，故本文最終選取入口流體流速為0.12[m/s]、流體流入溫度為20[℃]和冷卻通道厚度為3[mm]為最優(yōu)組合。4.6本章小結(jié)本章利用MinitabStatisticalSoftware軟件進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了16種因素組合的仿真實(shí)驗(yàn)，并對(duì)不同因素水平對(duì)電池最高溫度和電池內(nèi)部最大溫差的影響結(jié)果進(jìn)行了極差分析，分別得出一種最優(yōu)組合。最終對(duì)這兩種組合進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的最優(yōu)因素水平組合為：入口流速為0.12[m/s]、流體流入溫度為20[℃]、冷卻通道厚度為3[mm]。5結(jié)論與展望5.1結(jié)論根據(jù)基于仿生幾何結(jié)構(gòu)的鋰離子電池液冷熱管理系統(tǒng)數(shù)值研究的論文結(jié)論，得出以下結(jié)論：（1）本設(shè)計(jì)以三元軟包鋰電池為研發(fā)對(duì)象，提出了一種基于仿生幾何結(jié)構(gòu)的鋰離子電池液冷熱管理系統(tǒng)，分析了不同液冷工作流體、流體入口流速、流體入口溫度、放電倍率和迷你微流道厚度等因素對(duì)電池散熱性能的影響，結(jié)果表明此結(jié)構(gòu)在冷卻液選擇為50%乙二醇水溶液時(shí)候、入口流速為0.12m/s、進(jìn)口流體溫度為25℃、冷卻通道3mm，放電倍率為3C時(shí)，冷卻效果最好。（2）通過(guò)采用正交實(shí)驗(yàn)法和軟件建立了三因素四水平正交表，將電池組最高溫度和最大溫差作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)極差分析探究小通道流體入口溫度、入口流速和液冷板厚度對(duì)散熱性能影響的影響大小，并尋找其最佳組合，結(jié)果表明，入口流速為0.12[m/s]、流體流入溫度為20[℃]、冷卻通道厚度為3[mm]為最佳組合。綜上所述，基于仿生幾何結(jié)構(gòu)的鋰離子電池液冷熱管理系統(tǒng)在提高性能和安全性方面具有重要意義，為未來(lái)電池技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和方法。5.2展望我相信，在此論文基礎(chǔ)上，未來(lái)可以開展基于仿生幾何結(jié)構(gòu)的液冷熱管理系統(tǒng)的多尺度模擬研究，從微觀到宏觀層面全面分析系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)和流體動(dòng)力學(xué)特性。也可結(jié)合仿生學(xué)原理，探索新型材料在液冷熱管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高系統(tǒng)的散熱效率和耐高溫性能。通過(guò)以上展望，基于仿生幾何結(jié)構(gòu)的鋰離子電池液冷熱管理系統(tǒng)數(shù)值研究將為未來(lái)電池?zé)峁芾眍I(lǐng)域的發(fā)展提供新的思路和方法，促進(jìn)綠色能源技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用。參考文獻(xiàn)黃學(xué)杰.淺談混合電動(dòng)汽車用鋰離子電池[J].電池工業(yè),2008,13(3):4.呂佳歆,張翠萍.鋰離子電池在電動(dòng)車上的應(yīng)用前景[J].化工時(shí)刊,2019(3):7.胡順濤,李源,李一飛.基于封閉流空氣冷卻的鋰離子電池?zé)崽匦匝芯縖J].電源技術(shù),2022(009):046.汪鵬偉.強(qiáng)制風(fēng)冷鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究綜述[J].汽車文摘,2021(03):15-22.TaoWang,K.J.Tseng,JiyunZhao,ZhongbaoWei,Thermalinvestigationoflithium-ionbatterymodulewithdifferentcellarrangementstructuresandforcedair-coolingstrategies,AppliedEnergy,Volume134,2014,Pages229-238.HongguangSun,ReganDixon,Developmentofcoolingstrategyforanaircooledlithium-ionbatterypack,JournalofPowerSources,Volume272,2014,Pages404-414.LiuY,ZhangJ.DesignaJ-typeair-basedbatterythermalmanagementsystemthroughsurrogate-basedoptimization[J].AppliedEnergy,2019,252113426.張浩文,秦永法,翁佳昊,等.車用鋰離子電池相變冷卻技術(shù)研究綜述[J].汽車工藝與材料,2021,000(002):43-48.JingweiChen,SiyiKang,JiaqiangE,ZhonghuaHuang,KexiangWei,BinZhang,HaoZhu,YuanwangDeng,FengZhang,GaoliangLiao,Effectsofdifferentphasechangematerialthermalmanagementstrategiesonthecoolingperformanceofthepowerlithiumionbatteries:Areview,JournalofPowerSources,Volume442,2019,227228.ZiyeLing,FangxianWang,XiaomingFang,XuenongGao,ZhengguoZhang,Ahybridthermalmanagementsystemforlithiumionbatteriescombiningphasechangematerialswithforced-aircooling,AppliedEnergy,Volume148,2015,Pages403-409.R.Wang,Z.Liang,M.Souri,M.N.Esfahani,M.Jabbari,Numericalanalysisoflithium-ionbatterythermalmanagementsyst