著作来历：1.湖南交通职业本事学院2.湖南大学呆板与运载工程学院新能源汽车替换守旧燃油车是往后的本事发达趋向。锂离子电池正在管事时会形成必定的热量，倘若得不

新能源汽车替换守旧燃油车是往后的本事发达趋向。锂离子电池正在管事时会形成必定的热量，倘若得不到很好的限制，会对电池的寿命和安定性酿成急急恫吓，以至形成热失控。因而，电池的散热约束惹起了寻常的珍爱。电池的散热厉重能够分为气氛冷却、液体冷却、相变原料冷却。目前的电动汽车一般采用大容量锂离子电池组，气氛冷却办法很难胜任。而相变原料冷却尚处于磋商阶段，贸易化运用还不众。液体冷却以其散热均温功能好而被寻常采用。

目前，电池模组的液冷散热厉重是通过带有内流畅道的液冷单位与电池模组外观周密贴合实行换热。AnthonyJarrett等安排了一个蛇形通道冷却板。通过转移流道的几何参数(长度、宽度和途径)，使编制的均匀温度、温度平均性和编制压降保持正在相宜的边界内。探究到差异工况条目下的影响，又实行了纠正。ShangZZ等发明增大流量能够有用地低重最高温度，不过正在晋升温度一律性方面则不太明明。这是由于:仅仅优化简单成分很难晋升电池的满堂功能。为此通过单成分领悟和正交试验，对影响电池热功能的3个成分(质地流量、入口温度、冷却板宽度)实行了优化。最终获得入口温度为18℃、冷却板宽度为70mm、质地流量为0.21kg·s－1时，可得到最佳的冷却功能。鄂巩固等领悟了管道宽度、管道高度、管道数目、冷却液流速对液冷电池热约束模子冷却成就的影响，发明就温度平均性而言，管道数目和冷却液流速具有好似的影响，两者均为厉重成分。闵小滕等基于细微通道扁管安排了液冷电池编制，发明众通道和大接触角更有利于电池散热。

差异流道组织的液冷单位对电池模组散热功能的影响格外大，一个组织安排精良的液冷单位能够明明晋升电池模组的散热均温功能。本文提出一种核心反转式液冷板组织，从流道冲压组织安排、加强传热组织等角度探究液冷编制散热、均温、能耗功能的影响顺序，为电池热约束编制供应参考。

本文以某电池模组的液冷单位为磋商对象，液冷单位厉重由液冷板、导热垫、电池模组以及其他的辅助部件构成，如图1所示。电池模组采用VDA尺度安排尺寸，每4个电池单体构成一个模组，然后采用1并4串的联贯办法。

液冷板冲压组织如图2所示，由上冷板和下冷板焊接构成，上冷板通过导热垫与电池模组底部直接贴合，下冷板为带有流道的冲压组织。为了满意散热平均性的央浼，下冷板采用核心反转式对称组织安排，一共有9个流道，依据散热央浼可安排为差异的宽度和深度。液冷板原料采用3003铝合金，铝板厚度为1.5mm，采用冲压工艺一次性成形，适合于巨额量临盆。

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液冷板流道的截面组织示妄图如图3所示，液冷板一共安排有9个流道，从左往右的宽度W挨次为W1、W2、W3、W4、W5、W4、W3、W2、W1，流道陈设为支配对称，核心流道宽度为W5。此中，D为流道深度。

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为了领悟流道的冲压组织参数对冷却功能的影响，共安排了5种截面的流道，折柳用C1～C5示意，如表1所示。此中，C1的各流道宽度均为22.0mm，其余4种流道宽度呈等差数列漫衍，从核心流道往两侧，流道宽度递增。以C1流道为磋商对象，流道深度安排参数如表2所示。此中，D1～D4为差异流道深度。

针对流道深度为3.0mm的C1流道增添传热组织，如图4所示。此中A0为进水口，A1为出水口。

T1为一切增添加强传热组织，T2～T5为局限增添加强传热组织，悉数加强传热组织均采用冲压成形工艺加工而成。

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正在仿真领悟前，开始要确定单个电池模组的发烧功率，寻常景况下，电池放电时的发烧功率大于充电时的发烧功率，因而，只消测试电池正在1C放电倍率下的电池模组发烧功率即可，其可行动界线热输入条目。依据试验测试结果，本文选用的电池模包正在1C放电倍率下测得的发烧功率为27W，于是，单个模组的发烧功率确定为108W。

其次，为了便于领悟，对电池模组作以下假设:(1)电池模组正在充放电流程中形成的热量一切通过导热垫传达给冷却液带走，即电池模组其余局限与外界的接触面为绝热状况;(2)因为电池模组通过导热垫将热量传达给液冷编制，基于前述假设，可将电池模组热源界线简化为导热垫外观的热流界线，即CFD数值求解领悟中，不探究电池模组，该简化能够节流多量筹划资源。

冷却液正在进水口处的温度为25℃，冷却液流量为1.25L·min－1。其他界线参数如导热垫规格及其热流密度等如表3所示。

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液冷编制的导热垫原料为有机硅胶复合原料，液冷板为铝合金原料，冷却液为乙二醇水溶液，其体积配比为1∶1，动力粘度μ为0.00339Pa·s，液冷编制的物性参数如表4所示。

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电池模组及冷却编制的物理模子对比丰富，因而，正在CFD数值筹划领悟流程中，要探究模子简化是否合理、网格质地是否满意CFD流固热耦合数值筹划结果确实性央浼。本文涉及到众个差异模子工况的筹划，最终流体网格筹划数目为186.67万，固体域网格筹划数目为99.03万。流体区域的界线层为3层，每层的厚度跟着流量正在0.15～0.30mm之间转化。固体域的筹划步数为2400步，流体区域的最大迭代步数为12000步。本文选用的湍流模子为k-ε模子，悉数算例的残差均限制正在10－6以内。本文中悉数算例的流固交壤面换热功率、出口水温温升与一维筹划结果的比较如图5所示，能够发明，悉数算例的偏差均格外小，均正在2.2‰之内，故以为上述网格划分和迭代能够担保本文中CFD数值筹划的收敛性和确实性。

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图6为差异核心流道宽度下导热垫外观均匀温度和最大温差的转化弧线的扩展，导热垫外观的均匀温度正在震撼中上升，最大温差先降后升，且呈线)时，导热垫外观均匀温度为36.95℃，最大温差为7.66℃，比W5为22mm(C1)时的均匀温度低重了2.5%，最大温差低重了7.7%。当W5为15mm(C4)时，导热垫外观均匀温度比拟C1流道时低重了1.0%，最大温差低重了3.5%。跟着核心流道宽度的减小，液冷编制的散热均温功能越来越好，但核心流道宽度也非越小越好。比拟于均匀温度，减小流道间距对最大温差的低重更明明。

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差异冷却流道宽度卑劣阻ΔP、传热系数h、热阻R的转化弧线所示，跟着核心流道宽度W5的递增，流阻ΔP与传热系数h的转化弧线基础一律，正在震撼中低落，而热阻R呈上升趋向。能够看出，核心流道宽度越大，流阻ΔP越小，相应的能耗就越低。

图8为差异核心流道宽度下导热垫外观与流固交壤面的温度漫衍云图。当流道类型为C5(W5=22mm)时，高温区域会集正在液冷编制的两侧;当流道类型为C2(W5=7mm)时，流道的核心流道窄、两侧流道宽，两侧的高温明明低重，编制的散热均温功能明明晋升;W5为6mm时，液冷板的最大温差较高，均温功能很差。这是由于:跟着核心流道宽度的进一步减小，核心区域温度升高，反而恶化了液冷板的均温功能。

图9为差异流道深度下导热垫外观温度的转化弧线。跟着流道深度D的扩展，均匀温度、最大温差均一直扩展。当液冷板流道深度D从2mm扩展至5mm时，导热垫外观均匀温度由35.2℃晋升至39.0℃，升高了10.8%，最大温差由6.65℃晋升至9.90℃，升高了48.9%。能够看出，正在冷却液进口流量稳固的景况下，小流道深度意味着流道内的冷却液流速高，有利于散热。

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图10为差异流道深度卑劣阻ΔP、传热系数h、热阻R的转化弧线。跟着流道深度D的扩展，编制流阻ΔP与传热系数h均慢慢低重，热阻R慢慢升高。与流道深度D=5mm比拟，D=2mm时的液冷编制流阻升高了3.4倍，传热系数晋升了92%，热阻低重了32%。散热功能晋升的同时，液冷编制的能耗也大幅扩展。

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图11为不增添加强组织的安排计划(C1)与5种增添加强传热组织的安排计划(T1～T5)的导热垫外观温度比较。与C1流道类型比拟，T1加强传热组织安排下的导热垫外观均匀温度低落了3.8%，最大温差低落15.1%。T2～T4加强传热组织安排下的液冷编制均匀温度转化不明明，最大温差却有差异水平的低重。能够得出，增添加强传热组织能够改进液冷编制的散热功能。由流体力学表面可知，正在冷却流道内安排加强传热组织，使冷却介质由层流变化为紊流，从而转移了冷却液介质的滚动状况，改进液冷编制的散热均温功能。

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增添加强传热组织对液冷编制流阻ΔP、传热系数h和热阻R的影响如图12所示。比拟C1流道类型，T1～T5加强传热组织的流道流阻ΔP、传热系数h均有必定的扩展，热阻R均有必定的减小。此中，T1加强传热组织安排的流阻ΔP升高了11.5%，传热系数h上升了27.5%，热阻R减小了14.3%。由图4能够看出，T1为满堂增添加强传热组织，T2～T4正在T1的根源上去掉局限加强传热组织。T4比拟T1裁减了46%的加强传热组织，此时导热原料外观的均匀温度升高了4.8%，最大温差升高了2.4%，而流阻低重了8.5%。跟着加强传热组织的裁减，编制的散热均温功能会变差一点，但流阻的低重幅度更高。比拟T1满堂区域增添加强传热组织，局限区域增添加强传热组织能够晋升编制的散热功能、低重能耗、低重工艺难度，正在现实工程中是更为合理的采选。

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(1)依据电池模组散热央浼，安排了一种核心反转式液冷板冲压组织的液冷单位，对流道的冲压组织参数和加强传热组织实行了领悟。

(2)商量了差异流道组织的液冷单位对电池模组散热功能的影响，跟着核心流道宽度W5的减小，电池模组的散热均温功能越来越好，但核心流道宽度也不是越小越好。流道深度越小，越有利于电池模组散热均温功能的晋升，不过流道深渡过小，不但会扩展创制工艺难度，还会惹起编制能耗的大幅扩展。

(3)增添加强传热组织能够改进电池模组的散热均温功能，使其均匀温度低重了3.8%，最大温差低落15.1%。比拟满堂区域增添加强传热组织，局限区域增添加强传热组织能够裁减流阻、低重能耗，而不惹起编制的散热均温功能的明显转化。

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