【STAR-CCM+电池冷却】基于直流道液冷板的动力电池冷却性能仿真

摘要：

本文基于优化某商用车方形锂离子动力电池组散热性能的需要，对其冷却系统设计了并联非等长直流道液冷板（DLPe）方案，并进行了仿真模拟和理论分析。通过对比分析等长直流道液冷板结构（DLS），本文揭示了DLPe在提高冷却效率、降低温度偏析和能耗方面相较于DLS的显著优势。特定的几何结构优化精致液冷板的温度分布，带来了电池组温度的均匀减低和电芯最高温度的显著下降，展示了增强散热效果的潜力。仿真结果强调了合理调整冷却液流量和温度对优化电池性能的重大影响。

正文：




1 汽车行业电池热管理技术的发展

随着对清洁能源和环境保护的重视，纯电动汽车（BEV）的发展已成为全球汽车行业的发展方向，锂离子电池因其能量密度高、功率密度大、无记忆效应、自放电率低等优点，成为BEV的首选动力来源。然而，电池安全性的提升、寿命延长、低温特性和充放电效率等问题的解决，对电池热管理系统提出了新的要求。温度是影响电池容量、充放电特性、循环寿命和安全性的重要因素，因此有效散热技术的研发对提升电池整体性能至关重要。

2 增益浅析：温度的影响与挑战

电池在充放电过程中产生大量热量，导致温度快速上升，可能引发热失控风险；在低温环境下，锂离子迁移困难可引发金属锂枝晶反应，增加短路隐患；过度的低温或高温都会加速电池老化过程，要求电池工作温度维持在20~45℃区间内，电池模组间的温差应控制在5℃以内。这提示了高性能散热系统在电池应用中的重要性。

3 液冷板结构优化与结果解析

研究基于方形锂离子电池除热的特定几何条件，引入并联非等长直流道（VNoneq DL）液冷板的设计。此结构结合了冷却液流动路径的优化与电池模组的热量吸收效率提升，旨在优化冷却系统效率和减少能耗。

通过对比模型1和模型2（VNoneq DL与DLS），仿真结果显示优化后液冷板结构在散热效能、温度均匀性和能耗方面显著优于对照设计。特定几何变化（如横向流道的V型弯曲）减少了散热阻力，提高了冷却液的均匀分布，减少了最内侧通道的过热现象，使得电芯温度更为均衡。

4 温度控制与流动阻力分析

调整冷却液的质量流量从0.25 kg/s增加到0.45 kg/s，仿真表明液冷板的压降（Δp）增加趋势与流量二次方成正比，而VNoneq DL结构的压降增幅明显低于DLS。进一步地，增大的流量导致液冷层间温差减小，提升了散热效率，电池组最高温度和最大温差分别减少0.27℃和0.26℃。

5 冷却液温度与电池健康影响研究

降低冷却液入口温度（T_{in}）同样对电池组温度场产生积极影响。与无明显变化的优化结构相比，电流源温度的降低使电池组温度显著降低达10℃，同时使电池组底部与液冷板的温度差更明显，改善了热管理能力，帮助电池组维持在适宜的工作温度范围内。