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第 44 卷 第 5 期2023 年 10 月制 冷 学 报Journal of RefrigerationVol.44,No.5October,2023文章编号:0253-4339(2023)05-0078-10doi:10.3969/j.issn.0253-4339.2023.05.078工字形流道液冷板式换热器用于电池热管理的数值研究何 平1 卢 浩1 范益伟2 张 强1 黄泽忠1 朱银锋1(1 安徽建筑大学机械与电气工程学院 合肥 230601;2 武汉科技大学冶金装备及其控制省部共建教育部重点实验室 武汉 430081)摘 要 为解决动力电池工作过程中温度过高的问题,本文基于结构理论提出了一种双层工字形流道液冷板。通过充放电实验建立电池的产热模型,然后利用 FLUENT 软件建立液冷板的计算流体力学模型。通过正交试验设计研究 3 个结构参数(长度比、宽度比和流道厚度)对温度和压降的影响,得出最佳组合方案:长度比为 0.70、宽度比为 0.85、流道厚度为 2.5 mm。此外,讨论不同入口速度对液冷板性能的影响。最后,将工字形流道与蛇形流道在相同传热面积和入口速度的条件下进行综合性能对比。结果表明:随着流速的增加,液冷板的最高温度下降了 17.493 2 K,表面温度标准差下降了 63.4%,最大压力增加了 726.789 Pa。工字形流道液冷板的最高温度比蛇形流道液冷板降低了 1.333 0 K,表面温度标准差降低了 1.386 5 K,压降相比于蛇形流道降低了 24.38%。关键词 电池冷却;板式换热器;工字形流道;传热系数中图分类号:TB61+1;TM912文献标识码:ANumerical Investigation of Battery Thermal Management Using Liquid-cooling Plate Exchanger with I-shaped Flow Channel He Ping1 Lu Hao1 Fan Yiwei2 Zhang Qiang1 Huang Zezhong1 Zhu Yinfeng1(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Anhui Jianzhu University,Hefei,230601,China;2.Key Labo-ratory of Metallurgical Equipment and Its Control,Ministry of Education,Wuhan University of Science and Technolo-gy,Wuhan,430081,China)AbstractTo solve the problem of high temperatures during the operation of power batteries,a double-layer liquid-cooling plate heat-dissipation system with an I-shaped flow channel is proposed based on structural theory.The heat production model of the battery was established through charging/discharging experiments,and the computational fluid dynamics model of the liquid-cooling plate was established using FLUENT software.The effects of three structural parameters(length ratio,width ratio,and channel thickness)on the temperature and pressure drops were investigated using the orthogonal experimental design.The optimal combination of a length ratio of 0.70,width ratio of 0.85,and channel thickness of 2.5 mm was determined.In addition,the effects of different inlet velocities on the performance of liquid-cooling plates were considered.The comprehensive performances of I-shaped and serpentine channels were compared at the constraint of constant heat transfer area and inlet velocity.The results showed that with an increase in the flow rate,the maximum temperature of the liquid-cooling plate decreased 17.493 2 K,the standard deviation of the surface temperature decreased by 63.4%,and the maximum pressure increased by 726.789 Pa.The maximum temperature of the I-shaped flow channel liquid-cooling plate was 1.333 0 K lower than that of the serpentine flow channel;the standard deviation of the surface temperature was 1.386 5 K smaller,and the pressure drop was 24.38%lower than that of the serpentine channel.Keywords battery cooling;plate heat exchanger;I-shaped flow channel;coefficient of heat transfer 基金项目:国家自然科学基金(51877001)资助项目。(The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(No.51877001).)收稿日期:2022-10-10;修回日期:2022-12-09 随着环境污染和能源短缺等问题的日益凸显,以电动汽车(electric vehicle,EV)为代表的新能源行业得到了快速发展。EV 的续航增强以及快速充电技术的实现都离不开电池技术的创新,动力电池为 EV 的性能提供了保障1。锂离子电池因高能量密度、高标称电压和低自放电等优点成为现阶段 EV 的首选2。然而,锂离子电池的性能发挥极易受到温度的影响,温度过高会造成热失控,永久损伤电池3。87第 44 卷 第 5 期2023 年 10 月工字形流道液冷板式换热器用于电池热管理的数值研究Vol.44,No.5October,2023锂离子电池的最佳工况温度区间为 1540 4。因此,高效的电池热管理系统是非常必要的。电池热管理系统根据冷却介质的不同分为:空气冷却、液体冷却、相变材料冷却和上述冷却策略的组合5-7。液体冷却因其高效的冷却效率已成为现阶段电池热管理系统研发的热点。液体冷却分为直接接触冷却和间接接触冷却8。直接接触冷却受到电池密封封装技术的限制,冷却液一旦侵入电池内部就会损伤电池寿命9。间接接触冷却通过冷却液在液冷板内部流道流动带走热量,从而解决了冷却液外泄的问题10。有关液冷板的研究主要集中于内部流道的优化设计。K.Monika 等11在相同的流道体积下研究蛇形、U 形、直线型和六角形流道的散热性能。结果表明,分流流道相比于螺旋流道具有更好的均匀性和传热能力。孔为等12设计了一种对称蛇形流道来解决传统流道耗能高的问题。由于子流道的设计,对称蛇形流道能够显著减小电池热管理系统的能耗,其压降相比于蛇形流道降低 42.6%。Xu Jing 等13为了提高电池能量密度设计了一种不规则 F2 型液冷板并采用 M 形排布方式。结果表明:电池的最高温度降低了 4.3%,散热效率和功耗也更为优越。李浩等14以均温板为研究对象,向流道注入环保工质R1233zd,研究均温板表面温度变化。实验中,热源功率分别为 345、690 W;蒸发器进口温度分别为 0、-5。结果表明:当热源功率不变时,降低蒸发器入口温度,均温板表面平均温度下降 7.69,表面温差下降 9.10。此外,已有学者对双层通道液冷板的开发进行了研究。Deng Tao 等15设计了一种双层叶状流道液冷板。通过构造结构参数,建立液冷系统传热能力与压降之间的函数关系,采用遗传算法进行优化。结果显示,在最高温度和表面温度标准差降低的同时压降也随之减小。Fan Yiwei 等16基于结构理论提出一种双层树枝状流道液冷系统。将液冷板与蛇形和平行流道进行了传热对比。实验结果显示,优化的液冷板最高温度、表面温度标准差和压降分别下降了13.29、3.35 和 382.1 Pa。本文以锂离子电池为研究对象,提出一种双层工字形流道液冷板,研究锂离子电池体积热源的产热模型,通过构造结构参数研究液冷板最佳传热性能,通过正交试验得出结构参数的最佳组合。最后,对比在不同入口条件下,液冷板最高温度、表面温度标准差和压降的变化情况。将优化后的双层工字形液冷板与具有相同传热面积的蛇形流道液冷板进行对比。1 模型与方法1.1 液冷板的设计 参考仿生学对于分形结构的研究,设计了双层工字形流道液冷板,如图 1(a)所示。液冷板顶部有 32块锂离子电池串并联放置。液冷板的外部尺寸为439 mm313 mm12 mm,冷却剂的入口和出口分别位于液冷板的对立侧。液冷板内部流道分为上层的散热层(红色箭头流向)和下层的收集层(蓝色箭头流向),如图 1(b)所示。内部流道的总厚度为 8 mm。液冷板的上下层流道除了冷却剂入口和出口流道外均是对称的,单层流道在 x-y 平面上也是对称的。图 1 液冷板结构Fig.1 Structure of cold plate1.2 控制方程 为了简化计算热响应,进行如下假设:97第 44 卷 第 5 期2023 年 10 月制 冷 学 报Journal of RefrigerationVol.44,No.5October,20231)冷板是均匀的,传热性在各个方向上是相同的;2)稳态流动;3)不可压缩流体;4)电池在充放电过程中各部分发热均匀;5)忽略热辐射;6)冷却剂在流道中均匀流动17;7)铝材料和液态水的热物理性质与温度无关;8)忽略接触电阻18。选择铝作为液冷板的材料,冷却剂为水,具体参数如表 1 所示。表 1 水和铝的特性Tab.1 Properties of water and aluminum参数铝水导热系数/W/(m K)237.00.6比热容/J/(kg K)9034 182动力粘度/(Pa s)8.8910-4密度/(kg/m3)2702998 基于上述假设,液冷板的能量控制方程可以表示为:(lclTl)=-(lTl)(1)冷却剂的质量、动量和能量控制方程如下:wv()=0(2)wvv()+p=2v(3)wcwvTw()=w2Tw(4)1.3 电池的产热模型 本研究采用 40 Ah 矩形锂离子电池,电池规格如表 2 所示。实验装置 如 图 2 所 示。温 度 测 量 仪(TAD-6407,东莞市科联电子有限公司)用于监测实验过程中锂离子电池表面温度变化;电子负载(DCL-8003,常州市鼎臣电子有限公司)为锂离子电池提供实验所需负载;温度控制箱(HSG-50B,深圳市德卡精密测量仪有限公司)为实验提供恒温恒湿的环境;电脑用于记录实验数据。实验系统如图3 所示。数值计算中对于电池的热物理参数主要关注密度()、导热系数()和比热容(c)。为了简化计算,假设电池由单一材料组成。因此,上述热物理参数被定义为常数。由于内部的电化学反应,锂离子电池在放电时会产生大量的热量。D.Bernardi 等19提出了一个广泛使用的发热模型:表 2 锂离子电池参数Tab.2 Parameters of lithium-ion battery参数数值阳极石墨阴极LiFePO4容量/Ah40电压/V3.2质量/kg0.935长宽高/(mmmmmm)1489127内阻/m1.3充电条件最大充电电流:1 C充电电压:3.65 V放电条件最大连续放电电流:5 C放电截至电压:2.0 V体积/m30.364图 2 实验装置Fig.2 Experimental device图 3 实验系统Fig.3 Experiment systemQg=I2Rj+ITbUOCVTb(5)08第 44 卷 第 5 期2023 年 10 月工字形流道液冷板式换热器用于电池热管理的数值研究Vol.44,No.5October,2023其中,I2Rj为焦耳热;ITbUOCVTb为电池内部电化学反应产生的热量。锂离子电池吸收的热量可表示为:Qa=mbcbdTbdt(6)在绝热环境中,锂离子电池产生的热量等于锂离子电池吸收的热量。将式(5)和式(6)变换后得到:1IdTbdt=RjmbcbI+1mbcbTbUOCVTb(7)根据电池的产热理论,分别以 0.5、1、2 和 3 C(C指电流与标称电压之比)的速率依次放电 120、60、30 和 20 min,分别得到 4 组dTbdt值:0.001 306、0.004 306、0.012 333、0.023 083 K/s。通过实验可以建立1IdTbdt和 I 之间的线性关系,如图 4 所示。图 4 实验拟合结果Fig.4 Experimental fitting results线性方程如下:1IdTbdt=1.255 10-6I+4.967 10-5(8)锂离子电池的等效比热容可以通过上述方程计算,结果为 1 107.9 J/(kgK)。因此,单个电池的加热功率可以计算:Q=Qg=Qa=mbcbdTbdt(9)1.4 初始边界条件与网格独立性测试 初始边界条件:入口:入口速度为 10 g/s,冷却剂进口温度和环境温度均为 298 K。出口:以环境压力作为出口压力,为 0 Pa。壁面:如图 1(a)所示,液冷板的上壁面与电池接触,其余 5 个壁面均不与电池接触。因此,在数值模拟过程中,电池产生的热量作用于液冷板的上壁面。理想情况下,液冷板上壁面的热通量是恒定的,其余壁面为绝热。基于式(9),当电池在 2 C 放电时,热通量计算为 3 197.09 W/m2(=nQ/A0)。雷诺数Re 可通过式(10)和式(11)计算,结果为 1 285.99。因此,流体流动状态为层流。Re=Dhv/(10)Dh=4f/C=2ab/(a+b)(11)基于上述边界条件,利用 ANSYS Fluent 2019 软件对模型进行网格划分。在冷板底部定义的表面温度标准差(T)是传热过程中的一个重要指标,它反映电池温度分布是否均匀,表达式如下:Tavg=ApTdAApdA(12)T=Ap(T-Tavg)2dAApdA(13)考虑最高温度和最大压力的网格独立性测试如图 5 所示。当网格数达到约 73 万,继续增加网格数对结果影响较小。细化网格将会得到更加精确的结果,但代价是计算成本和时间的增加。因此,网格数选取 731 530 进行数值计算。图 5 网格独立性验证Fig.5 Grid independence verification2 电池热管理系统的正交优化2.1 构造结构参数 如图 1 所示,散热层和收集层通道结构相同,单层流道的结构是对称的。因此,散热层和收集层通道的中心流道尺寸均为 L1、W1。为了便于加工制造,所有流道的横截面均为矩形。对于给定 L1、W1,双层通道的平面布局可由长度比(A)和宽度比(B)获得。为了简化计算,散热层与收集层通道的厚度是相等18第 44 卷 第 5 期2023 年 10 月制 冷 学 报Journal of RefrigerationVol.44,No.5October,2023的。引入流道厚度(C)来控制冷却液的总流量。结构参数定义如下:A=LN+1/LN(14)B=WN+1/WN(15)2.2 正交试验设计 双层工字形流道液冷板的结构由长度比(A)、宽度比(B)和流道厚度(C)共同决定。流道的横截面尺寸是固定的:L1=150 mm,W1=15 mm。对于给定的 W1时,所有流道的宽度可由 B 计算,其预设为0.70、0.75、0.80 和 0.85;A 可以获取内部流道分裂点的位置,其预设为 0.55、0.60、0.65 和 0.70;C 的值预设为 1.0、1.5、2.0 和 2.5 mm。正交试验设计是研究多因素多水平的一种设计方法,具有效率高、成本低等优点20。正交试验利用 正交表,从全因子实验中挑选出多组实验,实验的选择具有正交性和代表性,即任一因素各水平出现次数相同,任意两因素所有水平组合均出现。本节提出一个三因素四水平的测试,选择正交表 L16(43)。因子水平表如表 3 所示,A,B,C 分别代表长度比、宽度比和流道厚度,实验结果如表 4 所示。表 3 正交设计因素水平表Tab.3 Design factors and levels水平因素ABC/mm10.550.701.020.600.751.530.650.802.040.700.852.5表 4 正交试验方案及结果Tab.4 Orthogonal test and results实验编号因素评价指标ABC/mmTmax/KT/Kpmax/Pa10.550.701.0317.020 93.368 75 329.973 020.600.701.5314.749 42.517 31 951.082 030.650.702.0312.272 71.691 4578.973 940.700.702.5310.953 11.391 5605.858 350.550.751.5317.014 13.183 21 713.494 060.600.751.0314.382 42.510 15 150.483 070.650.752.5312.209 41.683 8515.739 580.700.752.0311.142 01.520 8930.402 290.550.802.0316.016 12.956 1772.301 1100.600.802.5314.554 42.223 5457.043 9110.650.801.0311.909 71.882 75 053.341 0120.700.801.5311.339 31.689 71 780.808 0130.550.852.5316.708 42.848 7420.232 1140.600.852.0314.008 22.159 8749.812 3150.650.851.5311.542 91.699 41 622.721 0160.700.851.0312.022 52.014 04 942.149 02.3 正交试验结果分析 极差分析可以对各因素进行显著性差异分析,广泛应用于正交试验结果分析。极差分析的结果如表5 所示。其中 R 为极差,Ki为某因素下 i 水平的评价指标数值之和,ki为该因素下第 i 水平的平均值。由表 5 中的 ki值可以判断出不同水平下各结构参数对评价指标的影响。对于最高温度(Tmax),因素A、B、C 的最低均值分别为 4、4、3。因此,由最高温度指标所确定的较优方案为 A4B4C3。同理,由表面温度标准差(T)和最大压力(pmax)指标所确定的较优方案分别为 A4B4C4、A3B4C4。此时,上述 3 种组合能够获得可能的最佳方案。极差 R 值的大小反映因素对实验指标重要性的程度。根据 R 值的大小排列各评价指标的主次28第 44 卷 第 5 期2023 年 10 月工字形流道液冷板式换热器用于电池热管理的数值研究Vol.44,No.5October,2023 表 5 正交试验结果极差分析Tab.5 Analysis of extreme differences of orthogonal experimental resultsTmax/KT/Kpmax/PaK11 267.659 51 254.996 11 255.335 512.356 78.968 99.775 58 236.000 28 465.887 220 475.946 0K21 257.694 41 254.747 91 254.645 79.410 78.897 99.089 68 308.421 28 310.118 77 068.105 0K31 247.934 71 254.719 51 254.339 06.957 38.752 08.328 17 770.775 48 063.494 03 031.489 5K41 245.456 91 254.282 01 254.425 36.616 08.721 98.147 58259.217 57 734.914 41 998.8738k1316.914 9313.749 0313.833 93.089 22.242 22.443 92 059.000 12 116.471 85 118.986 5k2314.423 6313.687 0313.661 42.352 72.224 52.272 42 077.105 32 077.529 71 767.026 3k3311.983 7313.679 9313.584 81.739 32.188 02.082 01 942.693 92 015.873 5757.872 4k4311.364 2313.570 5313.606 31.654 02.180 52.036 92 062.804 41 933.728 6499.718 5R3.059 40.178 50.249 11.435 20.061 80.407 0134.411 5182.743 24 619.268 1顺序:最高温度:ACB表面温度标准差:ACB最大压力:CBA采用综合平衡法考察各因素对实验指标的影响,确定最佳方案。因素 A 对最高温度和表面温度标准差的影响都排在第一位,取 A4。因素 B 对最高温度和表面温度标准差的影响都排在第三位,而对最大压力的影响排在第二位,取 B4。因素 C 对最大压力的影响排在第一位,取 C4。因此,上述分析确定出的较优方案为 A4B4C4。方案 A4B4C4计算后得到各评价指标的数值为:Tmax=311.617 3 K,T=1.631 5K,pmax=456.503 7Pa。表 6 列出了可能的最佳方案之间的结果对比。由表 6 可知,3 个候选方案的温度差异较小,均满足锂离子电池的工况要求。但方案 A4B4C3的最大压力明显高于其余两个组合,方案 A4B4C4和 A3B4C4的最大压力相差较小。考虑到液冷板的轻量化设计,当A=0.70 时,内部的流道体积要明显多于 A=0.65。因此,选取方案 A4B4C4为本实验的最佳方案。表 6 候选方案评价指标Tab.6 Candidate program evaluation indicators候选方案Tmax/KT/Kpmax/PaA4B4C3311.577 11.658 6795.737 7A4B4C4311.617 31.631 5456.503 7A3B4C4311.712 31.564 3442.314 43 结果与讨论3.1 入口速度对散热性能的影响 图 6 所示为入口速度与温度和压降的变化,考虑入口速度为 5、8、10、12 和 16 g/s 对液冷板传热的影响。当入口速度增至 16 g/s,对应的 Re 为 2 057.58,流体的流动状态为层流。随着入口速度的增加,最高温度和表面温度标准差呈不断下降的趋势。当入口速度达到 8 g/s 时,继续增加流量,最高温度和表面温度标准差下降的趋势明显减缓。最大压力的变化趋势与温度变化正好相反,入口速度从 5 g/s 增至 16 g/s,最大压力从 183.151 0 Pa 增至 909.940 0 Pa。图 6 Tmax、T和 pmax随不同入口速度的变化Fig.6 Variation of Tmax,T and pmax with different inlet flow rates压降的能量消耗对于液冷板温度性能的影响如图 7 所示。当入口速度为 5 g/s 时,液冷板平均压降的最高温度率和表面温度标准差率分别为 1.771 5738第 44 卷 第 5 期2023 年 10 月制 冷 学 报Journal of RefrigerationVol.44,No.5October,2023和 0.016 28。当入口速度为 16 g/s 时,液冷板的温升性能并不显著(Tmax/p=0.337 35;T/p=0.001 2)。因此,需要根据液冷板的实际散热情况选择合适的入口速度。为了平衡温度和能耗之间关系,选择入口速度为10 g/s,对应的Tmax为311.617 3 K,T为1.631 5 K,pmax为 456.503 7 Pa。图 7 冷板的温升率与压降的关系Fig.7 Rate of temperature rise of cold plate with pressure drop3.2 典型液冷板结构的综合性能对比3.2.1 温度云图 蛇形流道因结构简单、对流传热特性好而被广泛用于液冷板中21。本节将讨论工字形流道与蛇形流道的传热性能。由于内部流道的流动路径不同,在实验中确保流道具有相同的传热面积和截面参数。计算最佳方案下的散热层通道总的传热面积为 31 718 mm2。蛇形流道的尺寸可由式(17)计算。其中,蛇形流道的入口宽度为 15 mm,流道长度为 270.8 mm,流道间距为 64 mm,流道数为 6。为了公平起见,只考虑散热层通道和蛇形流道之间的性能对比。此外,入口速度设置为 10 g/s。S=2(S0+2S1+2MSM)(16)S=2(w+h)2 Lx-Rx+2()+(M-2)(Lx-2Rx+)(17)图 8 所示为工字形和蛇形流道的温度分布。由图 8(a)可知,蛇形流道底壁的最高温度为 312.950 3 K,内部蛇形网络的最高温度为 312.914 8 K。由图 8(b)可知,工字形流道底壁的最高温度为 311.617 3 K,内部散热层的最高温度为 311.579 5 K。底壁是锂离子电池对流换热的主要区域,工字形流道显然更好。进一步发现,工字形流道的散热层水力直径较小,影响散热效率。然而,双通道的换热器策略是先在散热层散热,然后在收集层进行二次散热。温度分 图 8 两种流道结构的温度分布Fig.8 Temperature distribution of two channel structures48第 44 卷 第 5 期2023 年 10 月工字形流道液冷板式换热器用于电池热管理的数值研究Vol.44,No.5October,2023布显示(图 8(b),散热通道的中心温度明显低于收集通道的中心温度。3.2.2 压降 冷却剂在流道中流动需要泵提供动力,泵功率的计算如下:P=Qvp(18)压降曲线可以直观地反映泵功率的变化。一般微流道的内部压降包括局部压降和纵向压降,可以表示为22:p=plongitudinal+plocal(19)plongitudinal=pi=128LiD4imi(20)图 9 两种流道结构的流速曲线Fig.9 Flow velocity profiles of two channel structures 工字形流道和蛇形流道的流速曲线如图 9 所示。在蛇形流道中,冷却剂在直通道中充分流动,并且在每个转弯处均受到干扰。在工字形流道中,由于入口处的恒定速度和温度分布,流体在零分支水平的入口区域受到干扰。在分叉处流体开始二次流运动,流体受到的干扰随着分支水平的提高部分衰减。根据流速云图的分布,工字形流道的最大流速为 0.435 8 m/s,蛇形流道为 0.560 1 m/s。在流道的直角处,由于壁面作用,冷却剂流速下降,然后随着直流道的重新发展而增加。此外,在较高的分支水平上,局部压降的贡献也较大。蛇形网络的局部压降在每一级上的分支压降均高于工字形网络,这一事实从 Fan Yiwei 等16的研究中得到证实。因此,工字形流道在压降方面具有显著优势。4 结论 本研究从长度比、宽度比和流道厚度 3 个结构参数来研究双层工字形流道的传热过程。得到结论如下:1)通过正交试验设计利用极差分析获取液冷板的最佳结构参数。其中长度比对最高温度和表面温度标准差的影响最大;流道厚度对系统的压降影响最大。2)入口速度的变化会显著改变液冷板的传热特性。随着入口速度的增加,系统的温度会快速降低,但要以牺牲压降为代价。入口速度从 5 g/s 增至16 g/s 时,最高温度从 324.464 8 K 降至 306.971 6 K,表面温度标准差从2.982 1 K 降至1.092 6 K,压降增加了 397%。3)工字形流道在压降方面具有显著优势。工字形流道由于多级分叉结构的存在,系统中的局部压降明显小于蛇形流道。在相同传热面积和入口条件下,工字形流道产生的最大压力是蛇形流道的 24.38%。符号说明A0 电池与液冷板的接触面积,mm2Ap 液冷板底部的面积,mm2a 流道横截面的长度,mmb 流道横截面的宽度,mmC 流道横截面的周长,mmc 比热容,J/(kg K)Dh 流道横截面的水力直径,mmDi i 级流道的水力直径,mmf 流道横截面积,mm2h 蛇形流道入口横截面厚度,mmI 电流,ALi i 级流道的长度,mmLx 蛇形液冷板长度,mmM 工字形流道分支数量M 蛇形流道分支数量m 质量,kgn 锂离子电池数量P 泵功率,Wp 压力,Pap 压降,Paplongitudinal 纵向压降,Paplocal 局部压降,PaQa 锂离子电池吸收的热量,JQg 锂离子电池产生的热量,J58第 44 卷 第 5 期2023 年 10 月制 冷 学 报Journal of RefrigerationVol.44,No.5October,2023Qv 体积流量,m3/hRe 雷诺数Rj 锂离子电池内阻,Rx 蛇形流道在 x 轴方向上的加工余量,mmS 工字形流道总的传热面积,mm2S 蛇形流道总的传热面积,mm2T 温度,KTavg 液冷板表面温度的平均值,KUOCV 开路电压,Vv 流体流速,m/sv 速度矢量,m/sw 蛇形流道入口横截面宽度,mm 热通量,W/m2 密度,kg/m3 导热系数,W/(m K)动力粘度,Pa s 误差系数下标b 锂离子电池l 液冷板N 分叉级数w 液态水参考文献1 IBRAHIM A,JIANG Fangming.The electric vehicle energy management:an overview of the energy system and related modeling and simulation J.Renewable and Sustainable Energy Reviews,2021,144:111049.2 LIU Huaqiang,WEI Zhongbao,HE Weidong,et al.Thermal issues about Li-ion batteries and recent progress in battery thermal management systems:a reviewJ.Energy Conversion and Management,2017,150:304-330.3 WANG Zichen,DU Changqing.A comprehensive review on thermal management systems for power lithium-ion batteriesJ.Renewable and Sustainable Energy Reviews,2021,139:110685.4 冯能莲,董士康,李德壮,等.蜂巢式液冷电池模块传热特性的试验研究J.汽车工程,2020,42(5):658-664.(FENG Nenglian,DONG Shikang,LI Dezhuang,et al.Experiment study on heat transfer characteristics of honeycomb liquid cooled battery moduleJ.Automotive Engineering,2020,42(5):658-664.)5 YUE Q L,HE C X,WU M C,et al.Advances in thermal management systems for next-generation power batteriesJ.International Journal of Heat and Mass Transfer,2021,181:121853.6 邹慧明,唐坐航,杨天阳,等.电动汽车热管理技术研究进展J.制冷学报,2022,43(3):15-27,56.(ZOU Huiming,TANG Zuohang,YANG Tianyang,et al.Review of research on thermal management technology for electric vehiclesJ.Journal of Refrigeration,2022,43(3):15-27,56.)7 FAYAZ H,AFZAL A,SAMEE A D M,et al.Optimization of thermal and structural design in lithium-ion batteries to obtain energy efficient battery thermal management system(BTMS):a critical review J.Archives of Computational Methods in Engineering:State of the Art Reviews,2022,29(1):129-194.8 WU Weixiong,WANG Shuangfeng,WU Wei,et al.A critical review of battery thermal performance and liquid based battery thermal managementJ.Energy Conversion and Management,2019,182:262-281.9 罗玉涛,罗卜尔思,郎春艳.锂离子动力电池组的直接接触液体冷却方法研究J.汽车工程,2016,38(7):909-914.(LUO Yutao,LUO Buersi,LANG Chunyan.A research on the direct contact liquid cooling method of lithium-ion battery pack J.Automotive Engineering,2016,38(7):909-914.)10 XIE