鋰離子電池模組熱擴散結構的優化

朱澤華，吳笑宇，張恒運

（上海工程技術大學機械與汽車工程學院，上海 201620）

1 引言

鋰離子電池由于能量密度高、循環壽命長、自放電率低等優點，逐漸替代傳統的內燃機技術，作為電動汽車和混合動力汽車的動力源[1]。溫度對電池性能的影響最直接和最普遍。鋰離子電池可接受的工作溫度范圍在（?20～50）oC之間[2]，并且電池模組的溫差應控制在5oC 以下[3]。

因此，開發一種高效的電池熱管理系統是必要的。液冷由于具有高冷卻效率，而被廣泛應用于現在的商用電動汽車中，如文獻[4]等。

下文提出了一種新型的液冷熱擴散結構，采用正交試驗設計和數值模擬相結合的方式對電池熱管理系統的散熱結構進行研究和優化。正交試驗設計是一種應用廣泛的多因素試驗方法[5]，它能對多個因素進行敏感度分析，并給出優化方案。根據影響因素的個數和水平數，選擇L25（56）正交表。結合計算流體力學（CFD）對正交表中25組試驗進行仿真計算。通過極差分析和方差分析，找出了影響最顯著的因素，然后分析導熱柱半徑、熱擴散板厚度、電池間距、導熱柱高度四個因素對電池模組熱特性的影響，并得到多指標下統籌的優化方案。為進一步提高電池熱管理系統的工作性能提供了參考依據。

2 模型的建立

選擇（5×5）正方形電池模組作為研究對象。電池模組的液冷結構示意圖，如圖1（a）所示。冷板位于電池的底部，電池與冷板間有一層1mm厚的絕緣墊片，以降低漏液而造成電池短路的風險。

電池的上部裝有熱擴散板，熱擴散板上設計有5mm高的套筒，套筒厚1mm與電池壁面接觸，增加了換熱面積。……