大板结构设计研究论文提纲

论文题目：面向锂离子电池热管理的并行微通道冷板结构设计

摘要：随着全球经济的快速发展,环保理念逐步深入人心,新能源电动汽车产业的发展受到越来越多的关注。而电动汽车的核心部件是电池组,需要引入热管理系统保证电池组在合适的温度范围内工作。其中,液冷系统是电池热管理的重要方式。并行微通道冷板具有换热效率高、能耗小、结构紧凑、封装性好等优点,因而在电池热管理中应用广泛。然而,并行流道结构容易存在流量分布不均匀的问题,从而影响冷板的冷却性能。已有研究主要采用经验或者基于参数试配的方法对冷板进行设计,尚未形成通用有效的优化设计方法。针对这一不足,本文围绕面向电池热管理的并行微通道冷板的参数影响规律、结构设计方法和快速计算模型等方面展开探究,主要完成了如下研究工作:（1）采用数值模拟方法研究不同流型（Z型、U型和I型）并行微通道冷板的性能,并通过实验验证了数值方法的准确性。通过调整边宽、改变出口歧管宽度和对称构造等方式,显著提高了冷板的性能。在不同流量下,相比于原始I型流道冷板,结构设计使冷板的温差和能耗分别减小44%和71%以上。无量纲分析结果表明,进口温度和加热功率不影响并行微通道冷板的最佳结构。（2）将冷板用于电池组冷却,并分析了冷板流道和电池排布的相对方向对电池温度的影响。研究结果表明,并行流道方向和电池排布方向保持垂直,有助于降低电池温度和温差;相比于原始系统,采用设计的对称I型流道冷板电池组的温差和冷板能耗分别减小了83%和74%。（3）针对冷却大规模电池组的并行微通道冷板,构造二次对称结构,并进一步通过改变出口段位置,显著提高冷板的冷却性能,同时降低冷板的能耗。在不同进口质量流量下,相比于采用原始冷板的电池热管理系统,设计的冷板使电池温差和冷板能耗分别减小了77%和82%以上。（4）针对不同流型的并行微通道冷板,建立了用于流道速度计算的流阻网络模型。研究结果表明,模型结果与数值模拟结果吻合得很好,模型结果的最大偏差为9.4%。建立的流阻网络模型为并行微通道冷板的性能评估和优化设计奠定了基础。

关键词：电池热管理;液冷;并行微通道冷板;结构设计;流阻网络模型

学科专业：能源化学工程

摘要

Abstract

符号表

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 电池热管理系统的研究现状

1.2.1 风冷系统

1.2.2 相变冷却系统

1.2.3 液冷系统

1.3 冷板的研究现状

1.3.1 直线型流道冷板

1.3.2 蛇形流道冷板

1.3.3 并行流道冷板

1.3.4 新型冷板

1.4 本文研究内容

第二章 并行微通道冷板的数值模拟和实验研究

2.1 并行微通道冷板模型

2.2 数值方法

2.2.1 控制方程

2.2.2 边界条件

2.2.3 网格划分

2.3 数值模拟结果验证

2.4 并行微通道冷板的实验研究

2.4.1 实验装置搭建

2.4.2 实验误差分析

2.4.3 实验测试结果和模拟结果比较

2.5 本章小结

第三章 面向电池热管理系统的冷板结构设计

3.1 并行微通道冷板的结构设计

3.1.1 冷板的性能分析

3.1.2 边宽设计

3.1.3 出口歧管宽度设计

3.1.4 构造对称冷板

3.1.5 流道方向对冷板性能的影响

3.2 运行参数对并行微通道冷板性能的影响

3.2.1 控制方程和边界条件的无量纲化

3.2.2 进口温度和加热功率的影响

3.2.3 进口质量流量的影响

3.3 基于冷板的电池热管理系统性能评估

3.3.1 计算模型

3.3.2 网格划分

3.3.3 流道和电池相对方向对系统性能的影响

3.4 本章小结

第四章 基于冷板的大规模电池热管理系统性能研究

4.1 大尺寸并行微通道冷板模型

4.2 数值方法

4.2.1 边界条件

4.2.2 网格划分

4.3 大尺寸并行微通道冷板的结构设计

4.3.1 构造二次对称冷板

4.3.2 调整出口段位置

4.4 并行微通道冷板冷却大规模电池组

4.4.1 计算模型

4.4.2 网格划分

4.4.3 结果与讨论

4.5 本章小结

第五章 并行微通道冷板的简化计算模型

5.1 流阻网络模型

5.2 模型验证

5.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附件