新能源汽车电池包液冷流道流动与传热的数值优化

新能源汽车电池包液冷流道流动与传热的数值优化

摘要

锂离子动力电池对工作温度极为敏感，适宜运行区间为20~40℃，电池组内温差应控制在5℃以内。液冷系统凭借卓越的散热性能已成为当前新能源汽车电池热管理的主流技术方案。本文针对新能源汽车电池包液冷流道系统，开展了系统的流动与传热数值模拟及结构优化研究。首先阐述了动力电池产热机理与液冷传热理论，建立了包含电芯热模型和流体流动控制方程的共轭传热数值模型。其次，设计了三种不同构型的液冷流道——平行直通流道、蛇形流道和鱼骨仿生流道，利用开源CFD软件OpenFOAM进行了三维数值仿真，对比分析了不同流道结构对电池包最高温度、温度均匀性和流动压降的影响。在此基础上，采用响应面法与NSGA-Ⅱ遗传算法进行了多目标优化，以电池最高温度、最大温差和泵功为优化目标，获得了最优流道结构参数组合。仿真结果表明：鱼骨仿生流道结构在流速0.12 m/s、流道宽度6 mm、分流角45°的最优参数下，电池包最高温度降至31.2℃，最大温差控制在3.1℃以内，压降较传统蛇形流道降低38.5%，综合性能最优。本文研究工作为新能源汽车电池液冷系统的设计与优化提供了理论依据和工程参考。

关键词：电池热管理；液冷流道；计算流体动力学；数值仿真；多目标优化

1 绪论

1.1 研究背景与意义

在全球“双碳”目标的驱动下，新能源汽车已成为汽车产业转型升级的核心方向。锂离子电池作为电动汽车的核心动力单元，其性能直接影响车辆的续航里程、安全性和使用寿命。然而，锂离子电池对工作温度高度敏感，最佳运