开发和使用电动汽车是实现碳中和的最有效方法之一。锂离子电池作为电动汽车（EV）的核心部件，广泛应用于混合动力汽车（HEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）和纯电动汽车（BEV）。动力电池的性能很大程度上决定了整车的性能。电池的能量密度越高，电动汽车的续航能力就越好。高能量密度电池在充电和放电过程中会产生高热量，如果热量长时间聚集在一起，不仅会损害电池的使用寿命，还会增加热失控的风险，严重时甚至会引起爆炸，危及人身安全。设计良好的电池热管理系统（BTMS）可以有效散热，提高车辆性能，保证车辆和驾驶员的安全。因此，电池热管理系统具有重要的研究价值和理论意义。当前的研究主要集中在结构设计上，以降低系统的最高温度为主要目的。然而，冷却系统的体积对于电动汽车设计也很重要，却很少受到关注。近期，新疆大学卢浩老师团队提出了一种新的电池热管理系统优化策略，该策略综合考虑系统体积和冷却性能，可以根据实际应用确定合适的热管理策略。所提出的方法分为四个步骤：优化系统设计、建立计算代码、多目标优化和综合模拟决策。基于计算流体力学（CFD）的数值模拟用于验证优化后系统的冷却性能。与当前三种电池热管理系统设计相比，体积最多减少了13.01%。稳定发热过程中，最大温差分别降低了65.79%、40.65%和63.69%，温度均匀度分别提高了65.87%、34.93%和60.80%。电池组非稳态发热情况下，5C放电倍率的时候，最大温差下降2.28 K，最大温差和温度均匀性分别下降57.11%和49.15%。相关研究成果以“A flexible optimization study on air-cooled battery thermal management system by considering of system volume and cooling performance”为题发表于《Journal of Energy Storage》。![]()
图1 Z型BTMs示意图
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图2 Z型的BTMs流动阻力网络模型示意图
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图3 电池表面的传热示意图。
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图4 优化策略的总体框架
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图5 不同入口流量下未优化情况的快捷计算方法和计算流体力学法计算结果的比较。
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