锂电池冷板新波形微流道传热特性研究及结构优化

摘要

为了在锂电池安全范围内提升电池组的温度均匀性并减少能耗，基于欠阻尼的二阶系统单位阶跃响应曲线设计了一种新型波型流道，以方形三元锂为电芯的1p12s(1并12串)590模组，在25℃进行2C放电的工况下采用计算流体力学(CFD)数值计算方法进行单因子试验稳态分析，研究流体流速、波形频率、阻尼和区间与液冷板冷却性能及流体压降的关系。通过单因子试验选取合适参数设计正交试验并进行极差和方差分析，根据显著性得到各因子组合，计算综合性能指标得到最优组合。结果表明：最高温度与阻尼和区间正相关，与流速和频率负相关，最大温差与区间呈正相关，与流体流速和频率呈负相关且影响程度均递减，阻尼对其影响表现出先降低后增加，压降与流速和频率呈正相关，与阻尼和区间呈负相关。正交试验分析最佳因子组合是频率为4、阻尼为0.03和区间为1的波形流道，最大温度、最大温差和压降分别为35.368℃、2.125℃和6.121 kPa,相比原始余弦流道分别增加了1.99%、减小42.61%和39.96%。通过调整频率、阻尼和区间参数，显著提高了液冷板的热传递效率和电池组温度均匀性，提高电池组稳定性和寿命的同时降低了能耗。该设计方案为动力电池间接液冷应用于多种工程情况提供了思路。

关键词

锂离子电池 / 波形微通道 / 电池热管理 / 数值模拟 / 正交试验

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52376078); 河南省重点研发专项资助项目(241111320900)