拓扑优化~非均匀热源锂离子电池冷板拓扑优化及热性能研究

文摘   2025-01-04 21:12   山东  



摘要


本研究的目的是提高用于电池散热的冷板的流动和热性能。因此,不同于传统的拓扑优化冷板,利用电池放电后表面温度不均匀的特点,利用非均匀热量作为电池产生的热量,采用拓扑优化方法获得了新型拓扑优化冷板。这种非均匀热量由Newman, Tiedemann, Gu和Kim模型计算。然后,对不同拓扑冷板的流动和热性能进行了数值研究。结果表明,新型拓扑优化冷板在温度均匀性上优于传统冷板。在相同流量下,优化板的最大换热系数比常规板提高了26%,最大温度偏差降低了20%。此外,还研究了通道深度和流量对优化板冷却性能的影响。最后通过实验验证了数值结果的可靠性


研究亮点



结论


本研究的目的是提高用于电池散热的冷板的流动和热性能。因此,不同于传统的拓扑优化冷板,利用电池放电后表面温度不均匀的特点,利用非均匀热量作为电池产生的热量,采用拓扑优化方法获得了新型拓扑优化冷板。这种非均匀热量由Newman, Tiedemann, Gu和Kim模型计算。然后,对不同拓扑冷板的流动和热性能进行了数值研究。结果表明,新型拓扑优化冷板在温度均匀性上优于传统冷板。在相同流量下,优化板的最大换热系数比常规板提高了26%,最大温度偏差降低了20%。此外,还研究了通道深度和流量对优化板冷却性能的影响。最后通过实验验证了数值结果的可靠性与常规冷却板相比,优化后的冷却板最大温度偏差减小了33.48%,压降减小了61.96%。

(2)采用非形状热源的拓扑优化设计的冷却板性能优于采用均匀热源的传统拓扑优化设计的冷却板。

(3)在不同通道深度下获得的拓扑优化结果对电池表面温度的影响可以忽略不计,而对功耗的影响显著。槽深为3 mm与槽深为7 mm时的最大功耗变化为84.18%。冷却板的最佳深度为5mm。

(4)当进口流量从0.06 L/min增加到0.27 L/min时,电池平均表面温度降低0.6 K,冷板功耗增加82.12%。

(5)仿真得到的数据与实验数据吻合较好。

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