储能科学与技术 ›› 2025, Vol. 14 ›› Issue (2): 702-713.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0840
收稿日期:
2024-09-09
修回日期:
2024-09-27
出版日期:
2025-02-28
发布日期:
2025-03-18
通讯作者:
卢伟
E-mail:1448032174@qq.com;13796359587@163.com
作者简介:
杨智颖(2000—),男,硕士研究生,研究方向为动力电池热管理,E-mail:1448032174@qq.com;
基金资助:
Zhiying YANG(), Wei LU(
), Jia YAO, Yang CHENG, Dejian WU, Hailong WEN
Received:
2024-09-09
Revised:
2024-09-27
Online:
2025-02-28
Published:
2025-03-18
Contact:
Wei LU
E-mail:1448032174@qq.com;13796359587@163.com
摘要:
电动汽车的热管理以液冷散热为主,针对传统蛇形液冷板散热流道存在均温性差、压降高等不足,尝试应用拓扑优化技术进行流道设计,以满足电池包高温安全性和均温性的要求。首先,基于Comsol变密度拓扑优化的2D仿真,以设计域平均温度最低为目标函数,流道体积分数作为约束条件,通过变量控制法获得设计域中流道分布规律,采用亥姆霍兹过滤器进行敏度过滤,得到新型树状拓扑优化流道的设计。将2D拓扑仿真结果转化为实际流道几何模型,并通过3D打印技术制备树状拓扑流道散热板。采用热流耦合的仿真模拟技术,进行响应面实验设计,研究流道体积分数A、入口温度B、流量C对散热性能的交互影响,通过实验验证了拓扑流道的实际温控能力,证实了仿真模拟的高预测精度。利用非支配遗传算法的优化迭代分析,获取最优帕累托前沿解,即A=0.3、B=20 ℃、C=10 L/min时具有最佳散热性能。拓扑流道最优方案与蛇形流道相比,进出口压降从4863 Pa下降到822 Pa,下降83%;电池模组最高温度从27.88 ℃下降到27.21 ℃,下降2.4%;温差从5.7 ℃下降到4.95 ℃,下降13.2%。以上结果均满足了电池模组驱动耐久工况下的测试要求。本工作验证了树状拓扑优化流道进行电池模组热管理的优势,为电池热管理系统的设计提供了有效的方案。
中图分类号:
杨智颖, 卢伟, 姚嘉, 程阳, 伍德坚, 文海龙. 基于变密度拓扑优化的液冷板散热流道设计[J]. 储能科学与技术, 2025, 14(2): 702-713.
Zhiying YANG, Wei LU, Jia YAO, Yang CHENG, Dejian WU, Hailong WEN. Liquid-cooled plate cooling channels design based on variable density topology optimization[J]. Energy Storage Science and Technology, 2025, 14(2): 702-713.
表3
Box-Behnken实验设计及统计结果"
实验编号 | 体积分数A | 入口温度B/℃ | 流量C/(L/min) | 最高温度Tmax/℃ | 温差 | 压降 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.2 | 20 | 10 | 27.80 | 5.48 | 772 |
2 | 0.4 | 20 | 10 | 27.09 | 4.79 | 1007 |
3 | 0.2 | 30 | 10 | 37.26 | 5.09 | 772 |
4 | 0.4 | 30 | 10 | 36.10 | 4.12 | 1007 |
5 | 0.2 | 25 | 8 | 32.76 | 5.36 | 521 |
6 | 0.4 | 25 | 8 | 33.91 | 5.60 | 677 |
7 | 0.2 | 25 | 12 | 32.69 | 5.56 | 1073 |
8 | 0.4 | 25 | 12 | 31.34 | 4.34 | 1399 |
9 | 0.3 | 20 | 8 | 27.74 | 5.31 | 559 |
10 | 0.3 | 30 | 8 | 37.21 | 4.93 | 559 |
11 | 0.3 | 20 | 12 | 26.98 | 4.84 | 1134 |
12 | 0.3 | 30 | 12 | 36.56 | 4.53 | 1134 |
13 | 0.3 | 25 | 10 | 31.98 | 4.78 | 823 |
14 | 0.3 | 25 | 10 | 32.01 | 4.81 | 822 |
15 | 0.3 | 25 | 10 | 31.97 | 4.81 | 820 |
16 | 0.3 | 25 | 10 | 32.02 | 4.80 | 821 |
17 | 0.3 | 25 | 10 | 31.99 | 4.81 | 823 |
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