锂离子电源HAWKER蓄电池降接触冷却系统的参数优化，以提升能源效率

滴式接触式散热技术是一种直接接触式液体冷却技术，具有良好的散热效果。本研究基于电流滴接触式散热技术的理论分析构建了一种滴点接触冷却系统。通过数值模拟和实验验证了其可行性。采用多目标优化以优化投放接触系统结构。温度均匀性和能耗是本研究的优化目标，采用电池模块的单元空间和系统输入流量作为优化变量，进行多目标优化。多目标优化产生的最佳结果是冷却介质流量6.16 mL/min，孔隙空间为23.12 mm，电池模块温差为3.96°C，基于数值模拟。冷却介质的进出口压降为6.63 Pa。与优化前结果相比，电池模块体积能量密度提升了4.74%，压降下降了69.85%，与冷却需求相符。

简介

近年来，全球各国政府已采取多项政策措施促进电动汽车的普及[1]。电动汽车具有显著的环保效益[2]、更高的能源效率[3]以及能源结构的多样化[4]。然而，其广泛采用面临诸如高昂电池成本[5]、行驶续航有限以及支持基础设施不足[6]等挑战。随着电动汽车数量的增加[7]，电动汽车全生命周期内电池的生命周期、能耗和安全性成为热门话题[8]。锂离子电池的性能容易受温度影响[9]。锂离子电池的最佳工作温度范围为20°C至40°C，电池模块内最大温差为5°C[10]。
锂离子电池的散热技术可分为三类[11]，即空气散热、相变材料（PCM）散热和液体散热[12]。杨等人发现，空气冷却的特点是成本低、重量轻且维护简便，但受限于热容量低和空气热导率低[13]。相变材料散热技术是一种被动散热技术，具有相变材料的低热导率[14]，这是通过热导增强剂提升相变材料低热导率所必需的[15]。Sanker等人研究了各种热导率增强剂在相变材料中的使用细节[16]。相变材料冷却技术容易导致热失控[12]，这是由于长时间或大放大倍率的充放过程中热量无法及时散发[17]。
液冷技术展现出更高的散热效率和更灵活的布局[18]，这使得液冷系统的应用更为广泛[19]。目前，许多销售的电动汽车都采用了液冷系统[20]。更常见的直接接触液冷技术是浸没液冷技术[21]，它将电池部分或完全浸入介质流体中[22]。常用的两种液冷类型是间接接触液冷和直接接触液冷[23]。间接接触冷却意味着冷却介质通过液冷板与电池接触以散热[24]。目前，间接接触液冷系统的发展相对成熟。散热范围有限，需要高度密封，通常需要与其他散热方法结合使用[25]。王等人研究了一种混合冷却系统，配备双面冷板辅助相变材料，能够在极端条件下控制电池的最大平均温度和温差，保持在理想范围内[26]。直接接触液冷是直接接触[27]，它施加在介电冷却剂与电池之间，以增加冷却液与电池的接触面积[28]。它能提高系统的散热效率[29]。Al-Zareer等人研究了一种新型基于制冷剂的电动汽车电池热管理系统，浸没液冷的散热性能与冷却介质的浸没高度呈正相关[30]。Wang 等人发现，在浸没液冷系统研究中，散热性能与冷却介质的体积流量呈正相关[31]。通过研究吴等人[32]设计的浸没冷却系统和王等人[33]的浸没预热系统，水下散热系统中的流体流动也受到进出口位置的影响。从电池吸收的冷却介质产生的热量会在插座处积累，导致电池在插座附近温度较高，电池组散热的均匀性表现良好。
为了解决电池组内部过多不均匀散热影响整个电池组寿命和性能的问题，Zha等人[34]提出了一种新的锂离子电池滴触式散热方法。通过正交实验，研究了液滴流量、温度和位置对电池组最大温度、温差和能耗的影响。Zha等人[35]通过数值模拟和实验进一步比较了滴式接触冷却系统（DCCS）和浸没接触冷却系统（ICCS）的散热性能，证明DCCS具有更优越的冷却效果。然而，散热能效和电池组能量密度都会影响车辆在实际散热系统中的动力性能和巡航续航里程。在确保电池组件热性能的同时，降低冷却系统的能耗水平并提升电池组能量密度至关重要。因此，电池间距和液滴流量仍需进一步研究。
本文构建并搭建了锂离子电源电池落接触热散热系统的数值模拟模型和实验装置。以电池模块内部温度均匀性和系统能耗为优化目标，采用了NSGA-II.优化算法来优化电池模块结构参数。比较了冷却介质与滴接触散热系统相关的流量、优化前后的冷却性能和能效。