拓扑优化~进出口结构对锂离子电池冷却板拓扑优化设计的影响

文摘   2024-12-29 21:00   安徽  



摘要


拓扑优化是提高冷却板冷却效率和温度均匀性的关键工具,特别是在设计电动汽车电池组热管理系统的背景下。本研究采用以出口焓为目标函数的拓扑优化方法,制造出多种不同进出口结构的冷却板。通过广泛的数值分析,对一进一出(OP)、两进一出(TP)、两进两出(TTP)和四进两出(FTP)几种配置进行了比较研究。在75 Pa条件下,与OP、TP(b)和TTP相比,FTP(y8)的最大温度降低幅度分别为0.42%、0.14%和0.04%。温差也分别减小了38.55%、20.00%和10.20%。此外,当压力从25 Pa增加到75 Pa时,FTP(y8)的传热系数显著增加了1.36倍。此外,在75 Pa时,FTP(y8)的性能评价准则(PEC)值甚至超过了基线的两倍。在3C放电速率下,FTP(y8)表现优异,最高温度为304.49 K,减小了温差,冷却性能优越。


研究亮点


结论


本文采用以出口焓为目标函数的拓扑优化方法,设计了具有不同进出口结构的不同冷却板。通过数值分析,对OP、TP(a)、TP(b)、TTP和FTP进行了比较。

研究了不同进出口组合及进口压力对冷却板冷却性能的影响。此外,它还研究了入口位置的变化如何影响FTP模型的温度分布和冷却能力。

从得到的结果可以得出以下结论:(1)通过研究进出口分布和进口位置对二维优化结果的影响,验证了合理的多入口多出口结构可以获得更高的流体速度和更均匀的温度梯度。

(2)对三维电池组进行了数值研究,评估了不同进出口组合对电池组流动和换热行为的影响。与RP、OP和TP冷却板相比,TTP和FTP(y8)冷却板表现出更好的传热能力,促进了更有利的温度分布,FTP(y8)冷却板是最佳选择。在75 Pa条件下,与OP、TP(b)和TTP相比,最大温度降幅分别为0.42%、0.14%和0.04%,温差降幅分别为38.55%、20.00%和10.20%。

(3)从流阻系数来看,FTP(y8)和TTP冷却板的流阻性能相似,均优于OP和TP冷却板。FTP(y8)和TTP的通道结构似乎被优化以最小化这些局部电阻损失。对于冷却应用,减少流动阻力是至关重要的,因为它可以减少泵所需的功率,从而提高整体系统效率。

(4)在相同压力条件下,FTP(y8)冷却板在电池最高温度、平均温度、温差和根数方面优于其他型号均方温度。此外,FTP(y8)表现出更高的传热系数,随着压力的增加表现出显著的改善。此外,它在性能评价标准(PEC)方面保持了优势。显然,FTP(y8)具有出色的冷却性能。

(5)在3C放电速率下,FTP(y8)表现优异,最高温度为304.49 K,减小了温差,冷却性能优越。它优于其他型号,展示了多入口和多出口结构的好处。FTP(y8)具有较强的温度控制能力,具有较好的实际应用前景。

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拓扑优化 创新设计
拓扑优化是一种工程设计方法,通过重新排列材料的形状和位置,来实现结构更轻、更强、更稳定的目的。这种方法可以减少材料使用,提高结构性能,广泛应用于航空航天、汽车和建筑设计等领域。
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