PAGEI摘要鋰離子電池由于其相對較高的能量密度和功率而成為應用最廣泛的儲能設備之一，但它們面臨著導致電解質著火和熱失控的加熱問題，特別是在汽車應用中。設計良好的熱管理系統(tǒng)對于緩解高充放電條件下出現(xiàn)的熱問題是必要的?？紤]到這一點，本研究提出了一個巧妙設計的矩形小通道結構液冷電池熱管理系統(tǒng)。通過運用COMSOL軟件對鋰離子電池的液冷熱管理系統(tǒng)模擬研究，本文深入探討了工作流體種類、流體入口質量流率、冷卻劑入口溫度以及小通道寬度等因素對電池散熱性能的具體影響，并得出以下重要結論：1）使用含有50%乙二醇的水溶液作為工作流體，能有效降低冰點至-35℃，從而更有利于電池的穩(wěn)定運行。2）增加流體入口質量流率不僅可以有效降低電池的最大溫度，還能顯著提升冷卻系統(tǒng)的散熱效率。但質量流率越高，壓力損失越高，導致額外的能量消耗和操作成本。因此，必須在壓降和降溫之間進行權衡。3）在選擇入口冷卻液溫度時，應充分考慮當?shù)氐膶嶋H環(huán)境條件，以做出恰當?shù)恼{整。4）當增加冷卻通道寬度時，傳熱表面積的增加，壓力損失減少。5）過大的放大倍率可能會導致電池的最大溫度和最大溫差上升，因此選擇合適的放電倍率顯得尤為關鍵。通過采用正交實驗法和Minitab軟件，本文構建了一個三因素四水平的正交表，并針對電池的最大溫度和最大溫差進行了分析。研究結果顯示，入口溫度是影響最大溫度的核心因素，而入口流體質量流率則是影響最大溫差的關鍵因素。最佳的工作條件組合為：入口流體質量流率0.003kg/s、入口溫度20℃和通道寬度4mm。在這些條件下，電池的最大溫度和最大溫差均達到了較為理想的狀態(tài)。關鍵詞：鋰離子電池；熱管理；雙液冷板；小通道結構；正交實驗法PAGE4ABSTRACTLithium-ionbatteriesareoneofthemostwidelyusedenergystoragedevicesduetotheirrelativelyhighenergydensityandpower,buttheyfacetheheatingproblemthatleadstoelectrolyteignitionandthermalrunaway,especiallyinautomotiveapplications.Awell-designedthermalmanagementsystemisnecessarytoalleviatethethermalproblemsunderhighchargeanddischargeconditions.Withthisinmind,thisstudypresentsacleverlydesignedrectangularsmall-channelstructuredthermalmanagementsystemforliquid-cooledbatteries.Throughthesimulationstudyoftheliquidcoolingandheatmanagementsystemoflithiumbattery,thispaperdeeplydiscussesthespecificinfluenceofthetypeofworkingfluid,thefluidinletmassflowrate,thecoolantinlettemperatureandthesmallchannelwidthontheheatdissipationperformanceofthebattery,anddrawsthefollowingimportantconclusions:1)Usinganaqueoussolutioncontaining50%ethyleneglycolastheworkingfluidcaneffectivelyreducethefreezingpointto-35℃,whichismoreconducivetothestableoperationofthebattery.2)Increasingthefluidinletmassflowratecannotonlyeffectivelyreducethemaximumtemperatureofthebattery,butalsosignificantlyimprovetheheatdissipationefficiencyofthecoolingsystem.However,ahighermassflowratemeansahigherpressureloss,resultinginadditionalenergyexpenditureandoperatingcosts.Therefore,theremustbeweighedbetweenpressuredropandcooling.3)Whenselectingtheinletcoolanttemperature,theactuallocalenvironmentalconditionsshouldbefullyconsideredtomakeappropriateadjustments.4)Whenthecoolingchannelwidthisincreased,theheattransfersurfaceareaincreasesandthepressurelossdecreases.5)Toolargemagnificationmayleadtotheincreaseofthemaximumtemperatureandthemaximumtemperaturedifferenceofthebattery,soitisparticularlycriticaltochoosetheappropriatedischargerate.ByusingtheorthogonalexperimentalmethodandMinitabsoftware,anorthogonaltablewiththreefactorsandfourlevelsisconstructedforthemaximumtemperatureandmaximumtemperaturedifferenceofthecell.Theresultsshowthattheinlettemperatureisthecorefactoraffectingthemaximumtemperature,whilethemassflowrateoftheinletfluidisthekeyfactoraffectingthemaximumtemperaturedifference.Thebestcombinationofworkingconditionsis:inletfluidmassflowrate0.003kg/s,inlettemperature20℃andchannelwidth4mm.Undertheseconditions,boththemaximumtemperatureandthemaximumtemperaturedifferenceofthebatteryhavereachedarelativelyidealstate.KEYWORDS:Lithium-ionbattery;thermalmanagement;doubleliquidcoldplate;smallchannelstructure;orthogonalexperimentalmethodPAGEPAGE4目錄1緒論 51.1研究的背景和意義 51.2我國電池熱管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 51.3本文研究目的和研究內容 81.3.1研究目的 81.3.2研究內容 92鋰離子電池液冷散熱模型的構建 102.1電池模型 102.2液冷板設計及電池液冷散熱模型的構建 102.3計算流體動力學基礎 122.4流體流動模型 132.5COMSOL軟件介紹及邊界條件 132.5.1COMSOL軟件介紹 132.5.2初始條件和邊界條件 142.6網格劃分和網格獨立性驗證 142.7本章小結 163不同冷卻因素對雙液冷板結構電池散熱性能的影響 173.1理想流體的選擇 173.2流體質量流率的影響 193.3流體入口溫度的影響 223.4冷卻通道寬度的影響 243.5電池放電倍率的影響 263.6本章小結 294雙液冷板電池熱管理結構的優(yōu)化分析 314.1正交試驗介紹及MinitabStatisticalSoftware軟件介紹 314.2正交試驗設計 314.3單體電池的最大溫度分析 324.4單體電池的最大溫差分析 344.5本章小結 355結論與展望 375.1結論 375.2展望 37參考文獻 39致謝 411緒論1.1研究的背景和意義隨著傳統(tǒng)內燃機汽車對環(huán)境的擔憂日益加劇，近十年來，汽車行業(yè)正把重點放在電動汽車(EV)或混合動力汽車(HEV)上。電池是電動汽車或混合動力汽車儲能單元的重要來源之一[1]。目前，鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池和鋰離子電池等一系列電池被應用在電動汽車和混合動力汽車中，為動力系統(tǒng)提供動力。其中，鋰離子電池因其自放電率低、循環(huán)期限長、生態(tài)友好、功率大、能量密度大等優(yōu)勢而逐漸受到人們的青睞[2]。鋰離子電池模塊的工作溫度以及單體電池之間的溫度變化對電池的壽命周期、使用極限和安全性有著重要的影響[3]。另一方面，由于放熱反應和內阻，電池模塊在整個工作周期中產生了相當數(shù)量的熱量[4]，鋰離子電池的功能、循環(huán)期限和安全性對溫度值非常敏感[5]。商用電池中使用了許多的電極原料和電解質混合物，電池原料工作在異常溫度下，其性能和穩(wěn)定性都大打折扣，嚴重則導致電池容量不可逆性衰減。研究學者寄希望于電池組內工作溫度為20℃-35℃，并且組內溫差小于5℃。合理的工作溫度指標促使電池貢獻出最大出力和最佳性能。探索一系列不同設計的冷板，如蛇形通道、U形通道等，用以電池熱管理。然而，它們會導致更顯著的壓降和競爭性溫度降低[6]。因此，必須優(yōu)化設計一個具有更簡單幾何形狀的冷板，以實現(xiàn)最小的壓降，并在20℃-35℃內維持棱鏡電池模塊的溫度，對電池組的熱行為分析和液冷系統(tǒng)散熱性能優(yōu)化擁有重要意義。1.2我國電池熱管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀由于在汽車中使用鋰離子電池時，安全性是至關重要的，一些研究工作正在致力于開發(fā)一種節(jié)能的熱控制系統(tǒng)，以維持模塊或電池組中電池之間的溫度均勻性[7]。熱管理系統(tǒng)主要包含空氣冷卻、液體冷卻、相變冷卻(PCM)和熱管冷卻等冷卻方式?？諝饫鋮s是電動汽車BTMS中優(yōu)選的散熱方法之一，空氣冷卻一般采取通過改變進出電池組/模塊的氣流方向、電池模組結構的類型、電池單元間距參數(shù)以及改變氣質量流率度和環(huán)境溫度等各種參數(shù)，從而影響對電池模組的散熱。因其擁有各種優(yōu)點，如結構設計簡單、成本低、重量輕、容易維護、循環(huán)期限長、容易更替單電池包以及在低放電率下的合適功耗，對提高電動汽車的整體散熱效率有幫助?；诳諝獾腂TMS的分為被動冷卻和主動冷卻?；诒粍邮娇绽涞腂TMS是采用被動式空氣供應方式(自然對流)，外界空氣通過自然對流地供應到電池組。而不需要在BTMS利用自然氣流對流使用額外的能量。但其冷卻效率較低，對于現(xiàn)有車輛高倍率充放電，被動式空冷的BTMS的低熱容量和低熱導率容易導致電池包的溫度不均勻，強制空氣對流系統(tǒng)構成了大都建議的基于空氣的BTMS?；谥鲃邮娇绽涞腂TMS是采用主動式空氣供應方式(強制對流)，這種機制迫使空氣進入電池周圍的電池組，強制空氣冷卻由外部設備將高速的空氣吹經電池進行降溫，故而按其空氣流動的類型可以將風冷通道分為串行通道和并行通道，如圖1.1所示。因此主動式空冷的BTMS是一種耗能機制從而實現(xiàn)降低電池包溫度。圖1.1空氣冷卻串行和并行流道Zhao等[8]研究了以空氣為冷卻介質的圓柱形電池模塊在電池間隙、通風方式、風速、環(huán)境條件、氣流方向、成排電池數(shù)、電池直徑等參數(shù)下的溫度調節(jié)。他們觀察到，隨著進氣速度的提高，最大溫度也會上升。他們還建議電池之間保持適當?shù)拈g距，以降低整個電池模塊的整體溫升。液體冷卻是利用冷卻劑（水、50%乙二醇、礦物油等）通過直接或間接與電池接觸的方式帶走電池熱量。直接冷卻通常將電池浸沒冷卻液中，該種方式對電池的絕緣強度和整體密封性有著極高要求，所以應用場合較為局限。近些年，眾多國內外研究學者將目光集中于間接液冷方式，以其結構簡單、較高產業(yè)規(guī)?；葍?yōu)勢被新能源汽車產業(yè)廣泛采用。其中鋰離子電池間接液體冷卻方式結構如圖1.2。圖1.2鋰離子電池間接液體冷卻方式結構Zhao等人[9]提出了一種小通道水冷卻方案，分析了圓柱形電池模塊在不同通道數(shù)、進口尺寸和氣流方向下的熱行為，并優(yōu)化了尺寸和額定值參數(shù)，使電池模塊表面溫度保持在40℃以下。此外，散熱勢在開始時得到改善，隨后在穩(wěn)定的冷卻劑質量流量下隨著入口水平通道尺寸的增加而減小。相變冷卻的原理是在電池充放電過程中，相變材料的固化和熔化過程吸收和釋放大量的潛熱，使電池組工作在適宜的溫度環(huán)境內，同時溫度幾乎保持恒定，其結構原理圖如圖1.3所示。通常采用具有相變溫度區(qū)間合理、成本低和潛熱效果好等優(yōu)勢的石蠟作為相變材料，相變材料的有限潛熱能力使其大多應用在較低放電倍率工況下，然而，未來面向大規(guī)模、高能量密度電池組工作在較高放電倍率情況下，相變冷卻的局限性略顯突出，因此，研究學者通常將相變冷卻與其他冷卻方法相聯(lián)合來研究分析散熱性能。Lopez等人[10]評估了不同PCM結構的組合，如月桂酸和石蠟包裹在石墨中，并用冷凍冷板來改善電池的熱控制。作者觀察到電池間距和PCM材料性能對降低模塊間溫度梯度有顯著影響。此外，結合主動冷卻方法和PCM，有助于冷卻系統(tǒng)的質量和體積分別增加55%和60%。因此，需要進一步增強PCM結構以使其在汽車應用中商業(yè)化。圖1.3相變冷卻原理圖熱管的原理可以理解為管內介質在蒸發(fā)段吸收電池熱量、流至冷凝段放出潛熱和介質在毛細力作用下回流至蒸發(fā)段三個重要階段，如圖1.4所示：圖1.4熱管原理圖如此循環(huán)往復達到散熱目的。熱管以其高效的導熱性、響應快速的優(yōu)勢被廣泛用于電子產品等散熱要求較高的領域。然而，較為嚴苛的工藝要求和較高的制造成本等因素限制了熱管在大規(guī)模電池熱管理領域的應用。因此，部分研究學者希望將熱管和其他冷卻方法相聯(lián)合來改進電池組的溫度均勻性。Jang等人[11]提出了一種熱管和液冷板結合的冷卻系統(tǒng)，分析了液冷系統(tǒng)和熱管在不同操作條件和設計參數(shù)下的散熱性能。結果表明，隨著有效熱管導熱系數(shù)和貫穿平面電池傳熱系數(shù)的增加，熱管的傳熱速率明顯高于小通道液冷系統(tǒng)，電池組的最大溫度和最大溫差降低。最后，上述文獻調查得出結論，由于更高的傳熱速率，更好的溫度穩(wěn)定性，易于操作，沒有強制對流安排，并且有效地降低了溫度，因此液體冷卻比基于空氣或PCM的BTM技術要好得多。1.3本文研究目的和研究內容1.3.1研究目的本設計主要針對現(xiàn)有液冷電池熱管理系統(tǒng)難以滿足高能量密度電池快充散熱需求問題，提出一種巧妙設計的矩形小通道結構的液冷電池熱管理系統(tǒng)，分析不同液冷工作流體、流體入口質量流率、流體入口溫度和小通道寬度等因素對電池散熱性能的影響，并結合正交實驗法對討論因素進行優(yōu)化，得到了有效地改善高能量密度電池快充的散熱效果。通過對小通道結構的液冷電池熱管理系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)高能量密度單體電池快充熱量有效管理，為后期棱柱形電池模塊結構設計提供扎實的基礎和理論指導。1.3.2研究內容本設計用商用7Ah磷酸鐵鋰電池為研究對象，提出一種巧妙設計的矩形小通道結構的液冷電池熱管理系統(tǒng)，分析不同液冷工作流體、流體入口質量流率、流體入口溫度和小通道寬度等因素對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。研究內容如下：1電池模型的構建、液冷板模型以及電池液冷散熱模型的構建。用流體動力學的一些相關方程確定流體流動模型；通過COMSOL軟件設置一些邊界條件然后進行網格劃分和網格獨立性驗證。2通過COMSOL軟件仿真模擬不同液冷工作流體、流體入口質量流率、流體入口溫度和小通道寬度等因素對電池散熱性能的影響。3結合正交實驗法對討論因素進行優(yōu)化，得到最佳的冷卻因素組合。

2鋰離子電池液冷散熱模型的構建2.1電池模型本文選用商用7Ah磷酸鐵鋰電池為研究對象，單電池都由正極（正極集流體、正極材料）、負極（負極集流體、負極材料）和隔膜構成。每個尺寸為63mm寬、118mm高和13mm厚的電池,設計了一個包含五個電池和夾在兩個連續(xù)電池之間的冷板的電池模塊，并在COMSOLMultiphysics6.0中進行了開發(fā)。為了便于模擬并最大限度地減少計算時間，只模擬了模塊的一半，其余部分由于所提出的共軛傳熱模型的對稱性而擴展。圖2.1電池模塊圖表2.1鋰離子電池基本參數(shù)名稱參數(shù)額定容量7Ah額定電壓3.6V正極材料LiFePO4負極材料MCMB電池尺寸118mm×63mm×13mm2.2液冷板設計及電池液冷散熱模型的構建液冷系統(tǒng)具有較大換熱系數(shù)，并能驅動冷卻液流動帶走多余熱量，是目前最高效的散熱方式。在含有較大規(guī)模電池的電池熱管理系統(tǒng)中，有一部分研究學者提出將單層液冷板布置在電池組下方的電池熱管理系統(tǒng)，該種方式結構簡單、散熱較為高效，但不可避免與冷板接觸的電池底部溫度遠低于電池上半部分溫度，導致熱量在遠離冷板一邊積聚，在高放電倍率或極端工況下極易引發(fā)熱失控或爆炸現(xiàn)象。綜合考慮上述分析，本文提出一種上下布置的電池組小通道液冷系統(tǒng)。將冷板內部貫穿適當數(shù)量的小通道，保證了小通道冷板的傳熱特性又為大規(guī)模電池組提供合理的承載能力。圖2.2冷板設計圖相同液冷板分別布置于電池上方和下方，下方小通道液冷板的結構示意圖如圖2.2所示，液冷板的尺寸（長×寬×高）為：118mm×63mm×2mm，冷卻液由入口流入，流經并聯(lián)連接的5條小通道，通過匯總流出出口。冷板內部的小通道截面可以設計成矩形，其中通道厚度為1mm，其冷板參數(shù)列于表2.2中。充分考慮了液冷板的強度、密封性以及散熱效果，冷板材料選擇為廣泛應用的鋁，冷卻液選用水、礦物油、50%乙二醇，材料的相關參數(shù)來源于文獻[12]，且列于表2.3中。表2.2放置在兩個連續(xù)電池之間的冷板的幾何形狀和尺寸參數(shù)值通道類型矩形材料鋁結構尺寸118mm×63mm×2mm流動深度1mm通道寬度2-6mm表2.3模擬中所用材料的熱力學性質材料密度/kg/m3熱容/J/kg·K導熱系數(shù)/W/m·K動力黏度/Pa·s50%乙二醇107.1133000.3840.00339水998.241820.60.0001003礦物油92419000.130.05鋁2719871202—2.3計算流體動力學基礎計算流體力學(ComputationalFluidDynamics,CFD)擁有適應性強、應用面廣等特點，能夠十分輕松的求解出工程計算中需要的解。航空航天、能源電力、工業(yè)制造等領域中流體流動、熱交換和分子運輸?shù)葐栴}均可利用CFD進行仿真分析。在計算流體動力學理論中，單相流體流動界面是基于Navier-Stokes方程，該控制方程具體表達式如下[13]：連續(xù)性方程：表示質量的守恒性，其方程如下所示：（1）式中：v為速度矢量（單位：m/s）。動量守恒方程：（2）式中：ρw為流體密度，kg/m3，P為壓力，Pa，μ是粘性應力張量，Pa，ψ是雷諾應力。能量守恒：(3)式中：Tb為電池溫度，K，cp,b為電池比熱容，Jkg-1℃-1，kb為電池導熱系數(shù)，Wm-1℃-1，ρb為電池密度，kg/m3，Q為電池熱源。在本文采用的電池熱源Q放電倍率為1C,2C,3C,4C和5C，數(shù)據(jù)來源于文獻[14，15]。假設電池產生的熱量是均勻的，同時假設熱導率的各向異性變化。不同放電倍率下的電池最大溫度圖如2.3所示：圖2.3不同放電倍率下的電池最大溫度圖2.4流體流動模型雷諾數(shù)是流體流動分析中的基本特征，雷諾數(shù)代表慣性力和粘滯力之間比率。根據(jù)雷諾數(shù)的大小分為湍流和層流。當雷諾數(shù)小于2000時為層流，當雷諾數(shù)大于2000時為湍流,具體計算表達式如下[13]：（4）式中：ρ代表流體密度，kg/m3，v代表流體質量流率，m/s，μ是流體動力粘度，N·s/m2，L是特征長度，m，對于入水截面為圓形的流體通道，特征長度即為圓的直徑。切面為矩形的流體通道，將水力直徑作為特征長度，計算公式如下[13]：（5）其中，l和w分別代表流體通道截面矩形的長度和寬度。令質量流率為0.001kg/s,以50%乙二醇為工作流體，50%乙二醇的密度和動力黏度如表2.3，為107.11kg/m3和0.00339pas。液冷系統(tǒng)模型經上式計算后，增加通道寬度的電池模塊的雷諾數(shù)如下表所示：表2.4不同通道寬度的雷諾數(shù)通道寬度（mm）雷諾數(shù)流場類型2647.25層流3485.44層流4388.35層流5323.63層流6277.40層流2.5COMSOL軟件介紹及邊界條件2.5.1COMSOL軟件介紹COMSOL是一款功能強大的基于物理場，借助數(shù)值仿真理解、預測和優(yōu)化工程設計軟件，可用來建模和模擬任何基于物理的系統(tǒng)的軟件環(huán)境，是全球通用的基于高級數(shù)值方法和模擬物理場問題的通用軟件。我們打開COSOL軟件后，先在模型向導中找到并選三維空間維度，然后在物理場中選擇流體流動中的單相流中的層流和傳熱中的固體和液體傳熱，最后在研究類型中選擇瞬態(tài)，這樣就進入COMSOL軟件里面的桌面。在全局定義中的參數(shù)中輸入入口溫度、入口質量流率和通道寬度的常用代號，以便后面作模擬時改變入口溫度、入口質量流率和通道寬度。在組件定義中的插值中導入電池產熱的數(shù)據(jù)，同樣還是在定義中設置倆個域探針以便后面計算過程中查看最大溫度和最大溫差。在組件中構建電池和冷板結構。在材料中需要添加三個材料，一個是作為液冷板的鋁材料一個是電池，還有一個材料switch1；在材料switch1中需要添加四個材料作為后面流體材料的選擇中用到，分別是在COMSOL庫中能夠找到的水和空氣還有就是需要通過設置空材料進行定義的礦物油和50%乙二醇水溶液。在層流中的入口和出口設置正確的質量流率。在固體和流體傳熱中設置好所對應的域，熱源使用的是前面設置好的產熱數(shù)據(jù)。在多物理場中設置非等溫流動。在研究中的步驟：瞬態(tài)中設置好研究時間，由于本文使用的是3C放電倍率下的電池，因此研究時間為0-1200s。2.5.2初始條件和邊界條件鋰離子電池組的邊界條件和初始條件設置為：1)系統(tǒng)初始溫度和冷卻液入口溫度為20℃(293.15K)。2）流型為層流。3)每個通道的入口速度分別為0.003kg/s，為了使得模擬的收斂性更好，通常會在質量流率后面乘以一個階躍函數(shù)，冷卻液入口質量流率范圍為0.001[kg/s]~0.005[kg/s]。4)在通道進口處的壓力為V_inlet*step(t[1/s])，在通道出口處施加大氣壓力為0帕（靜壓）。邊界熱通量選擇對流熱通量，對流熱通量的傳熱系數(shù)選擇7.5W/(m2K)。5)冷卻劑為50%乙二醇水溶液。6)電池模塊的放電倍率為3C。7)求解器采用全耦合與分離求解，空間離散等方法。表2.5用于本數(shù)值研究的邊界條件：表2.5選定的邊界條件和操作范圍參數(shù)值冷卻劑水，50%乙二醇，礦物油冷卻劑入口溫度（℃）10-30放電倍率（C）1-5冷卻劑質量流率（kg/s）0.001-0.005通道寬度（mm）2-6導熱系數(shù)（W/m·K）7.5流型層流2.6網格劃分和網格獨立性驗證網格單元數(shù)與求解精度呈正相關關系,并且越細的網格所需的工作站內存就越大，當網格細化到一定程度，通過網格獨立性檢驗可以明顯看出仿真結果幾乎不再變化，因此在尋求計算精度的同時，應該合理劃分網格才能確保結果精度和減少不必要的計算機內存資源。在COMSOL軟件的網格劃分中可選用“物理場控制網絡”功能進行網格的自動劃分，軟件會根據(jù)三維模型和物理場的選擇自動進行網格的劃分。網格獨立性驗證目的是在滿足模型精密度的條件下，確定合適的網格細化程度以便進行后續(xù)仿真實驗的進行。本文中的網格獨立性驗證將選用圖2.1的幾何模型，冷卻液入口質量流率為0.003kg/s，冷卻液出口壓強0Pa,冷卻液進口溫度為20℃，電池和液冷板和冷卻液的初始溫度都為20℃，環(huán)境溫度為20℃，電池作為熱源根據(jù)上述3C電池產熱數(shù)據(jù)進行產熱。網格劃分圖如圖2.4所示。網格獨立性驗證結果如圖2.5所示，在不同的網格單元數(shù)下得到了不同的電池平均溫度，本模型生成了4.36×105~3.72×106的6個網格號。從中可以看出隨著網格單元的細化平均溫度趨近于一個值，但是由于網格數(shù)的增加會導致研究結果時間的指數(shù)倍增加，而且細化之后的最大溫度變化不大，所以本文使用的網格數(shù)為3.33×106。圖2.4電池熱管理系統(tǒng)網格劃分圖圖2.5網格獨立性驗證圖2.7本章小結本章介紹了電池和液冷板的模型及相關材料屬性以及電池和液冷板的幾何模型，隨后介紹了該模擬中主要使用的一些有關方程式并做出了解釋，并且由計算雷諾數(shù)，確定流場類型為層流。介紹了傳熱邊界的設置，以及COMSOL軟件的使用方法。最后介紹了網格獨立劃分和進行了網格獨立性驗證，得出了本文所用模型可使用網格單元數(shù)約3.33×106的網格劃分方式進行計算。

3不同冷卻因素對雙液冷板結構電池散熱性能的影響針對雙液冷板結構電池熱管理系統(tǒng)，本章討論了不同工作流體、流體質量流率、流體進口溫度、通道寬度和放電倍率對電池最大溫度、最大溫差和最大壓差的影響，這里列出了重要的觀察結果。3.1理想流體的選擇在分析設計和功能參數(shù)的影響之前，為了確定BTM的理想工作流體，本文針對空氣、礦物油、水和50%乙二醇水溶液等幾種工作流體進行模擬討論。其中單體電池在3C的放電倍率，工作流體以0.001kg/s的速度通過電池的雙液冷板，選擇通道寬度為3mm的5通道冷板進行本研究，同時電池和冷卻液的初始溫度固定在20℃。圖3.1為不同工作流體下電池溫度表面云圖,圖3.2所示為不同工作流體下電池最大溫度隨時間變化圖，圖3.3所示為不同工作流體下電池最大溫差和圖3.4為流道壓差變化圖。從圖中可以看出，雙液冷板結構下不同工作流體對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，進而影響冷板的換熱能力。圖3.1不同工作流體下電池溫度表面云圖圖3.2不同工作流體下電池最大溫度隨時間變化圖圖3.3不同工作流體下電池最大溫差變化圖圖3.4不同工作流體下電池流道壓差變化圖從圖3.2中可以看出，無論何種工作流體，電池最大溫度隨放電時間的進行而提高。從圖3.3和3.4可以看出，不同的工作流體，電池的最大溫差和壓差不同。對于空氣，電池組最大溫度和溫差分別為44.3℃和24.2℃，最大壓差為3.06pa；對于礦物油，電池最大溫度和溫差分別為26.3℃和6.5℃，壓差為7810pa；對于水，電池最大溫度和溫差分別為23.6℃和3.7℃，壓差為258.57pa；對于50%乙二醇水溶液，電池組最大溫度和溫差分別為23.9℃和4℃，壓差為625.82pa；大量研究表面：動力鋰離子電池的工作溫度范圍為20-35℃，各單體間最大溫差不超出5℃有利于充分發(fā)揮其性能。由于空氣冷卻時候，電池最大溫度和溫差分別為44.3℃和24.2℃，超出了電池的最適合工作溫度范圍，因此，空氣不適合。采用礦物油冷卻，最大溫度符合要求，盡管油冷卻比空氣具有更大的傳熱能力，但礦物油的最大壓差極大，如圖3.4所示，考慮泵送功率的影響的情況下，它不適合做本文的工作流體。對于理想流體中水和50%乙二醇水溶液的選擇，我們選擇的是50%乙二醇水溶液，原因是50%乙二醇水溶液與水在最大溫度、最大溫差和壓差方面相近，但是水在零度時候會變?yōu)楸?，不利于北方電動車的推廣，而加入50%乙二醇的水溶液能夠將水的冰點降低至-35℃，這對電動汽車在低溫下的電池熱管理系統(tǒng)非常重要，因此選擇50%乙二醇水溶液為電池組的工作流體最為合適。3.2流體質量流率的影響基于上述得出50%乙二醇水溶液作為工作流體，本節(jié)針對不同入口質量流率下對電池液冷系統(tǒng)3C倍率放電散熱性能進行研究。設置電池和冷卻液的初始溫度為20℃，冷卻液質量流率分別為0.001kg/s、0.002kg/s、0.003kg/s、0.004kg/s和0.005kg/s。圖3.5為不同質量流率下單體電池表面溫度分布云圖，從圖中可以看出，不同入口質量流率下，單體電池最大溫度分布大致相同，而且單體電池最大溫度隨冷卻液質量流率增加而下降。這主要是因為液冷板的換熱能力隨冷卻液入口質量流率的提升而增加。圖3.5不同質量流率下單體電池表面溫度分布云圖圖3.6不同質量流率下電池最大溫度隨時間變化圖圖3.7不同質量流率下電池最大溫差圖圖3.8不同質量流率下電池最大壓差圖圖3.6為不同工作流體入口質量流率下電池最大溫度隨時間變化圖，圖3.7為不同工作流體入口質量流率下電池最大溫差圖。從圖3.6和3.7中可以看出，單體電池最大溫度和最大溫差隨冷卻液入口質量流率的提升而下降。當入口質量流率為0.001kg/s時，單體電池最大溫度和最大溫差分別為23.2℃和2.9℃；冷卻液入口質量流率為0.002kg/s時，單體電池最大溫度和最大溫差分別為22.5℃和2.4℃；冷卻液入口質量流率為0.003kg/s時，單體電池最大溫度和最大溫差分別為22.3℃和2.2℃；冷卻液入口質量流率為0.004kg/s和0.005kg/s時，單體電池最大溫度和最大溫差分別為22.1℃和2℃、22℃和2℃。當冷卻液入口質量流率從0.001kg/s增長到0.005kg/s時，電池最高溫升和溫差分別下降了1.2℃和0.9℃，必須保持最小流量以將電池模塊的溫度控制在所需范圍內，0.002kg/s的質量流量可能并不總是足以維持小于5℃的溫度梯度在單個電池之間。需要注意的是，質量質量流率必須根據(jù)大氣條件和模塊或組件的冷卻要求進行調整。注意到，在較低的質量質量流率下，熱區(qū)域的濃度更接近電池的底部。然而，隨著質量流量的增加，分布變得更加均勻，熱點區(qū)域減少，如圖3.5所示。除此之外，與暴露在熱通量條件下并由單個冷板覆蓋的電池相比，由兩個冷板包圍的中央電池經歷了有效的冷卻。最大溫度和最大溫差在一定程度后隨質量流量降低。隨著水流量的增加，壓降從352.32Pa增長到4364.8Pa。質量質量流率越高，壓力損失越高，導致額外的能量消耗和操作成本。因此，必須在壓降和降溫之間進行權衡。從圖3.6和圖3.7中可以明顯看出，在流量為0.003kg/s的情況下，最大溫度的增加和最大溫差是理想折衷的。因此，盡管功率和泵送成本增加，但發(fā)現(xiàn)0.003kg/s的水流量對于保持適當?shù)臏囟确植际亲銐虻暮陀欣模虼吮徽J為是進一步模擬的最佳選擇。3.3流體入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、0.003kg/s作為最佳入口質量流率下，本節(jié)針對不同入口溫度下對電池液冷系統(tǒng)3C倍率放電散熱性能進行研究。設置入口溫度分別為10℃、15℃、20℃、25℃和30℃。隨著入口溫度從升高10℃至30℃，最大溫度和最大溫差分別達到32.9℃和2.9℃。進水溫度為10℃，放電1200s后電池的最大溫度達到13.6℃。在入口溫度為15℃的情況下也觀察到類似的現(xiàn)象。這表明它們最大溫度不在最佳范圍內（20℃-35℃）。除此之外，如圖3.10和3.11所示，由于冷結霜，這些溫度導致電池模塊的性能和壽命降低的可能性很高。這種現(xiàn)象在冬季會出現(xiàn)，在冷板入口處放置預熱器可以很容易地避免。發(fā)現(xiàn)電池和冷卻劑之間的溫差在放電過程中很高，這可能是由于活性電池材料的低熱導率。隨著放電過程的進行，溫差達到穩(wěn)定。給出了在3C的恒定電池放電速率下，當環(huán)境條件和入口溫度都假設為20℃時，冷板表面溫度的瞬態(tài)變化隨著時間的推移，電池的下部變熱，這從圖3.9中可以清楚地看出。在冷卻劑入口溫度變化為25℃和30℃的其他操作條件下也觀察到類似的模式。根據(jù)上述嚴格的調查，可以得出結論，冷卻劑入口溫度為20℃足以將模塊的溫度保持在更安全的范圍內，從而成為所考慮的邊界條件的正確選擇。圖3.9不同流體入口溫度下的電池表面云圖圖3.10不同流體入口溫度下的最大溫度圖圖3.11不同流體入口溫度下的最大溫差圖3.4冷卻通道寬度的影響基于上述得出50%乙二醇水溶液作為工作流體、0.003kg/s作為最佳入口質量流率，入口溫度為20℃下，本節(jié)針對不同冷卻通道寬度對電池液冷系統(tǒng)3C倍率放電散熱性能進行研究。將冷卻通道寬度分別設置為2mm、3mm、4mm、5mm和6mm。電池模塊最大溫度的變化如圖3.13所示。從圖中可以觀察到，隨著通道寬度的變化，放電循環(huán)結束時最大溫度和最大溫差的變化僅分別為0.7?C和0.8?C。這表明通道寬度對模塊的溫升影響較小。值得注意的是，對于2mm和6mm的通道寬度，在整個放電過程中，最大溫度顯示出最大值和最小值，如圖3.15所示，當通道寬度從2mm擴大到6mm時，壓降減小。隨著傳熱表面積的增加，壓力損失減少，可以注意到，2mm寬度的窄通道由于較低的傳熱面積而導致較高的壓降。上述結果表明，4mm的通道寬度是傳熱和壓降之間的理想折衷，具有令人滿意的熱指數(shù)和統(tǒng)計指數(shù)，如最大溫度為23.3?C、最大溫差為3.3和?P=237.07Pa。因此，為了提高整個電池模塊的整體傳熱性能，選擇通道寬度為4mm的冷板進行進一步研究。圖3.12不同通道寬度下電池表面溫度云圖圖3.13不同通道寬度下電池的最大溫度圖圖3.14不同通道寬度下電池的最大溫差圖圖3-14不同通道寬度下電池的最大溫差圖3.5電池放電倍率的影響在前面的小節(jié)中，考慮了3C的放電倍率，但在實際駕駛條件下，車輛可能會遇到變化的放電倍率。因此，整個電池模塊會出現(xiàn)熱不均勻性，這將致使電池壽命的縮短。需要適當?shù)睦鋮s布置以將模塊維持在最好溫度范圍內。圖3.17表示不同放電速率（1C-5C）下最大溫度的變化。為此，選擇從上述模擬中獲得的最佳配置，例如寬度為4mm的通道冷板，入口處的恒定水流量為0.003kg/s，溫度為20℃。當放電速率從1C增加到5C時，電池模塊的最大溫度增加了3.9?C。電池模塊的整體溫度可以通過考慮三個因素來確定：電池產生的熱量、冷卻液提取的熱量和電池內部積聚的熱量。電池產生的熱量最終將在放電過程中被冷卻液去除。參考圖3.16，電池的靠近冷板入口的部分（冷卻器區(qū)域）經歷的溫度比冷板出口附近的溫度低（較熱區(qū)域）。水的溫度隨著流動方向而升高，使電池中更靠近流體下游的部分的冷卻效果惡化。如果產生的熱量和吸收的熱量處于平衡狀態(tài)，則整個模塊的平均溫度可以是均勻的。然而，由于電池產生的熱量不均勻，這很難維持。在以更高的排放速率調節(jié)水流量和進入溫度時，模塊的溫度可以保持在期望的范圍內，而代價是更高的壓降和操作成本。圖3.16不同放電倍率下的電池表面溫度云圖圖3.17不同放電倍率下的電池最大溫度圖圖3.18不同放電倍率下的電池最大溫差圖3.6本章小結本章以鋰電池模組的形式，首先對理想流體的選擇進行了詳細的介紹，其次研究了不同冷卻液的質量流率、不同入口冷卻液溫度、不同通道寬度和不同放電倍率對鋰電池模組散熱性能的影響。得出的主要研究結論如下：（1）由于空氣的最大溫度過高所以不適合做理想流體，礦物油的最大壓差過高所以也不適合做理想流體。因為水在零度時候會變?yōu)楸焕陔妱悠嚨倪\行，而加入50%乙二醇的水溶液能夠將水的冰點降低至-35℃，所以選擇加入50%乙二醇的水溶液。（2）入口質量流率的增加不僅能最大程度的減少電池的最大溫度還能夠提升冷卻系統(tǒng)的散熱效率。盡管入口冷卻液質量流率的增加可以保持較低的最大溫度并提供優(yōu)異的溫度均勻性，但對傳送裝置性能的要求及成本也相應增加。（3）因為溫度對電池的充放電性能影響很大。在低溫前提下，電池的電壓會下降的很快，而且電池的放電速度會變快。在高溫前提下，充電鋰電池材料的性能會退化，電池的循環(huán)期限也會縮短。所以在選擇入口冷卻液溫度時應該考慮當?shù)氐囊恍嶋H情況來做出相應的改變。（4）當冷卻通道寬度增加時，電池的最大溫度也會相應的減少一部分，這是因為電池與通道之間的傳熱面積增加了。雖然冷卻通道的寬度增加了，但是工作流體在通道內的速度也隨著寬度的增加而減少。然而較大的通道寬度有利于減小壓降，達到減少傳送功耗的目的。（5）在1C-5C放電倍率下，因為其放電時間的減少而導致電池的最大溫度在短時間內發(fā)生較大變化，而且最大溫差隨著放電倍率的增加而增大，所以不利于電池的散熱。而在3C放電倍率下，電池的最大溫度的變化相對于4C和5C者會更加平穩(wěn)一些，且相對于1C和2C也能滿足實際需要。

4雙液冷板電池熱管理結構的優(yōu)化分析第三章我們討論了以50%乙二醇水溶液為工作流體、3C放電倍率、矩形小通道液冷結構下，入口流體質量流率、入口流體流入溫度和冷卻通道寬度等因素，對電池最大溫度和最大溫差的影響。但是由于影響最大溫度和最大溫差的核心因素未知，同時對入口流體質量流率、入口流體流入溫度和冷卻通道寬度等因素的最優(yōu)組合亦未知。因此，本章將采用正交實驗法，對影響電池最大溫度和最大溫差的入口流體質量流率、入口流體流入溫度和冷卻通道寬度等因素進行優(yōu)化，得出核心因素和最優(yōu)組合。4.1正交試驗介紹及MinitabStatisticalSoftware軟件介紹正交試驗法也叫正交試驗設計法,它是用"正交表"來安排和分析多因素試驗的一種數(shù)理統(tǒng)計方法。這種方法的優(yōu)點是試驗次數(shù)少、效果好、方法簡單、使用方便和效率高。本文采取Minitab軟件對正交實驗方案進行設計與優(yōu)化分析。MinitabStatisticalSoftware是一款常用的統(tǒng)計分析軟件，它可以用來進行數(shù)據(jù)的收集、處理、分析和展示。該軟件支持各種統(tǒng)計分析方法，例如假設檢驗、方差分析、回歸分析、貝葉斯分析等。此外，Minitab還能生成各種圖表，如直方圖、散點圖、箱線圖等，以幫助用戶更好地理解數(shù)據(jù)。為分析入口流體質量流率、入口流體流入溫度和通道寬度等因素對電池散熱的影響，本正交試驗設計中將最大溫度和最大溫差作為指標，首先，通過第三章的單因素的討論，確定試驗的因素數(shù)和水平值，利用MinitabStatisticalSoftware軟件根據(jù)因素數(shù)和水平值設計出適合的正交表。接著按照設計出的正交表中所列的因素水平組合進行仿真模擬，并根據(jù)結果進行極差分析，得出因素影響電池組溫度指標的等級排序，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)化后的結果。4.2正交試驗設計本文將入口流體質量流率、入口流體流入溫度和通道寬度作為正交試驗3種因素，每個因素選取4種水平，建立3因素4水平因素水平表，列表4.1中。冷卻液和電池初始溫度均設置為20℃，電池在3C放電倍率下放電至1200s。4.1因素水平表水平因素入口流體質量流率[kg/s]流體流入溫度[℃]通道寬度[mm]10.00115220.00220330.00325440.004305由上述確定的因素水平表，根據(jù)MinitabStatisticalSoftware軟件的田口設計，得出L16（34）正交表，共有16種正交組合。分別對16組試驗進行模擬仿真，得出每組的電池最大溫度和最大溫差值，如表4.2所示。表4.2正交試驗設計和指標結果測試組水平最大溫度/℃最大溫差/℃10.00115[℃]2[mm]19.34.420.00120[℃]3[mm]23.43.430.00125[℃]4[mm]283.040.00130[℃]5[mm]32.82.850.00220[℃]2[mm]23.23.260.00215[℃]3[mm]17.82.870.00230[℃]4[mm]32.22.280.00225[℃]5[mm]27.42.490.00325[℃]2[mm]27.82.8100.00330[℃]3[mm]32.12.1110.00315[℃]4[mm]17.42.4120.00320[℃]5[mm]22.32.3130.00430[℃]2[mm]32.52.5140.00425[℃]3[mm]27.12.1150.00420[℃]4[mm]22.12.1160.00415[℃]5[mm]17.32.34.3單體電池的最大溫度分析在本節(jié)中，使用極差分析方法分析表4.2中正交試驗的最大溫度的結果。其中，Ki是正交數(shù)值試驗中因子對應的第i（i=1，2，3，4）級最大溫度之和，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構中不同因素對最大溫度的敏感性。在本節(jié)中，對極差分析方法分析表4.2中正交試驗結果中的最大溫度分析。利用MinitabStatisticalSoftware軟件的分析田口設計窗口，并結合最大溫度模擬結果進行分析，極差分析表格如表4.3所示。表4.3電池的最大溫度的極差分析結果水平流體質量流率[kg/s]流體流入溫度[℃]通道寬度[mm]k1（Tmax）25.8817.9525.70k2（Tmax）25.1522.7525.10k3（Tmax）24.9027.5824.92k4（Tmax）24.7532.4024.95R(Tmax)1.1314.450.78極差越大，該因素對電池的最大溫度的影響就越大，極差越小，該因素對電池的最大溫度的影響就越小。很明顯，因素入口流體質量流率、流體流入溫度和通道寬度的極差分別為1.13、14.45和0.78。因素流體流入溫度的極差最大，因素通道寬度的極差最小。換句話說，流體流入溫度是對電池的最大溫度影響最大的因素，而通道寬度對電池的最大溫度影響最小。因此，這三個因素對本BTMS電池的最大溫度的重要性排序依次為流體流入溫度>入口流體質量流率>通道寬度。圖4.1為利用MinitabStatisticalSoftware軟件得出的不同因素水平下的電池最大溫度曲線圖，從圖可以看出，當液體質量流率從0.001[kg/s]增加到0.004[kg/s]時，電池最大溫度一直減少，因此，當速度為0.004[kg/s]時候最好；當液體入口溫度從15[℃]增加到30[℃]時，電池最大溫度隨液體入口溫度增加而增加，因此，當液體入口溫度為15[℃]時候，電池散熱效果最好；當管徑從2[mm]增加到5[mm]時，電池最大溫度隨通道寬度的增加而減少，因此，當管徑為5[mm]時候最優(yōu)；因此，最佳參數(shù)組合為流體質量流率為0.004[kg/s]、流體流入溫度為15[℃]和通道寬度為5[mm]。圖4-1不同因素水平下電池的最大溫度圖4.4單體電池的最大溫差分析同理，在本節(jié)中，使用極差分析方法分析表4.2中正交試驗的最大溫差的結果。其中，Ki是正交數(shù)值試驗中因子對應的第i（i=1，2，3，4）級最大溫差之和，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構中不同因素對最大溫差的敏感性。在本節(jié)中，對極差分析方法分析表4.2中正交試驗結果中的最大溫差分析。利用MinitabStatisticalSoftware軟件的分析田口設計窗口，并結合最大溫差模擬結果進行分析，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果水平流體質量流率[kg/s]流體流入溫度[℃]通道寬度[mm]k1（Tmax）3.42.9753.225k2（Tmax）2.6502.7502.600k3（Tmax）2.4002.5752.425k4（Tmax）2.2502.4002.450R(Tmax)1.1500.5750.800極差越大，該因素對電池的最大溫差的影響就越大，極差越小，該因素對電池的最大溫差的影響就越小。很明顯，因素入口流體質量流率、流體流入溫度和通道寬度的極差分別為1.15、0.575和0.800。因素流體質量流率的極差最大，因素流入溫度的極差最小。換句話說，流體質量流率是對電池的最大溫差影響最大的因素，而流入溫度對電池的最大溫差影響最小。因此，這三個因素對本BTMS電池的最大溫差的重要性排序依次為入口流體質量流率>通道寬度>流體流入溫度。圖4.2為利用MinitabStatisticalSoftware軟件得出的不同因素水平下的電池最大溫差曲線圖，從圖可以看出，當液體質量流率從0.001[kg/s]增加到0.004[kg/s]時，電池最大溫差一直減少，因此，當質量流率為0.004[kg/s]時候最優(yōu)；當液體入口溫度從15[℃]增加到30[℃]時，電池最大溫差隨液體入口溫度增加而減少，因此，當液體入口溫度為30[℃]時候，電池散熱效果最佳；當管徑從2[mm]增加到5[mm]時，電池最大溫差隨通道寬度的先增長后減少，因此，當通道寬度為4[mm]時候最優(yōu)；因此，最佳參數(shù)組合為流體質量流率為0.004[kg/s]、流體流入溫度為30[℃]和通道寬度為4[mm]。圖4-2不同因素水平下最大溫差圖4.5本章小結本章首先對簡單介紹了正交試驗設計和Minitab軟件的優(yōu)缺點，然后通過前面第三章得出的一些結果進行了正交試驗的設計得出了三因素四水平因素水平表。通過Minitab軟件的田口設計出了16種正交組合，對這16種組合分別計算出各自的最大溫度和最大溫差。使用Minitab軟件的分析田口設計窗口，并結合最大溫度模擬結果進行分析，得出了因素入口溫度對電池的最大溫度影響最大而通道寬度對電池的最大溫度的影響最小。又利用Minitab軟件的分析田口設計窗口，并結合最大溫差模擬結果進行分析，得出了因素入口溫度對電池的最大溫差影響最小而入口質量流率對電池的最大溫差影響則最大。最后通過最大溫度和最大溫差的均值主效應圖得出了兩個最佳參數(shù)組合分別是流體質量流率為0.004[kg/s]、流體流入溫度為15[℃]和通道寬度為5[mm]以及流體質量流率為0.004[kg/s]、流體流入溫度為30[℃]和通道寬度為4[mm]的兩個組合。

5結論與展望5.1結論本文提出一種電化學—熱耦合模型用以精準模擬電池熱行為，構建了散熱高效的小通道液冷系統(tǒng)，利用單因素分析法仿真分析了高放電倍率下小通道寬度、流體入口溫度和質量流率對電池組熱行為和溫度指標的影響，最后利用正交設計出電池熱管理系統(tǒng)的最佳參數(shù)組合，為液冷電池熱管理系統(tǒng)優(yōu)化研究提供指導。本文主要結論如下：本設計以商用7Ah磷酸鐵鋰電池為研發(fā)對象，搭建了一種矩形小通道結構的液冷電池熱管理系統(tǒng)仿真系統(tǒng)，分析了不同液冷工作流體、流體入口質量流率、流體入口溫度和小通道寬度等因素對電池散熱性能的影響，結果表明(1)因為加入50%乙二醇的水溶液能夠將水的冰點降低至-35℃，所以工作流體選擇50%乙二醇的水溶液更有利于電池的運行。(2)入口質量流率的增加不僅能最大程度的減少電池的最大溫度還能夠提升冷卻系統(tǒng)的散熱效率，但要考慮到當入口質量流率增加時，壓力損失越高。因此，必須在壓降和降溫之間進行權衡。(3)在選擇入口冷卻液溫度時應該考慮當?shù)氐囊恍嶋H情況來做出相應的改變。(4)通道寬度的增加能減少電池的最大溫度但是過大的寬度容易導致流體質量流率的減少。(5)放大倍率過大容易導致電池的最大溫度和最大溫差的增加，所以選擇一個合適的放電倍率很重要。通過采用正交實驗法和軟件建立了3因素4水平正交表，將電池組最大溫度和最大溫差作為評估指標，通過對極差分析探究小通道流體入口溫度、入口質量流率和通道寬度對散熱性能影響的影響大小，并尋找其最佳組合，結果表明:(1)因素入口溫度對電池的最大溫度影響最大而通道寬度對電池的最大溫度的影響最小，考慮最大溫度因素下的最佳參數(shù)組合為流體質量流率為0.004[kg/s]、流體流入溫度為15[℃]和通道寬度為5[mm]。(2)因素入口溫度對電池的最大溫差影響最小而入口質量流率對電池的最大溫差影響則最大，考慮最大溫差因素下的最佳參數(shù)組合流體質量流率為0.004[kg/s]、流體流入溫度為30[℃]和通道寬度為4[mm]。5.2展望本文旨在仿真分析不同因素對液冷電池的三維熱場分布以及最大溫度和最大溫差的影響，進而優(yōu)化液冷系統(tǒng)散熱性能。但由于諸多限制，本研究還有以下不足，在將來研究工作中還需針對以下內容深入研究：在進行電池熱仿真時將電池均質處理，同時忽略電池正、負極耳的產熱，后續(xù)研究可考慮極耳產熱下，電池非均勻產熱的影響，使電池熱模型更精確，降低仿真誤差。因實驗室設備不足，本研究基于電池液冷系統(tǒng)實驗與仿真對比分析，對于液冷系統(tǒng)沒有采用實驗驗證，后期在條件允許的情況可進一步采用實驗對液冷系統(tǒng)進行實驗驗證。本文分析了3C放電倍率下不同因素對電池熱行為和溫度指標的影響，接下來可對普通或更高放電倍率進行仿真分析，探究出不同放電倍率下的最優(yōu)電池熱管理參數(shù)組合。參考文獻[1]Chan,C.C.TheStateoftheArtofElectric,Hybrid,andFuelCellVehicles[J].ProceedingsoftheIEEE,2007,95(4):704-718.[2]ZubiG,Dufo-LopezR,CarvalhoM,etal.Thelithium-ionbattery:Stateoftheartandfutureperspectives[J].RenewableandSustainableEnergyReviews,2018,89(JUN.):292-308.[3]HeXMX.Reviewontheheatdissipationperformanceofbatterypackwithdifferents