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摘要

纯电动汽车动力电池整体式冷板性能研究

近几年我国汽车的保有量不断上升，我国“十四五”发展规划的提出开启了

我国汽车产业的新纪元，人们的环保意识的逐步提升、燃油车污染量日益增大，

不可再生资源的短缺等问题促使汽车产业朝着低碳化汽车的方向发展。新能源汽

车在减少资源消耗以及降低污染物排放等方面具有突出的优势，正日益成为汽车

产业发展的重点方向，而纯电动汽车占据新能源汽车销量的大部分的比重。动力

电池组是纯电动汽车的动力源，动力电池组的温度对汽车的寿命以及安全性有着

决定性的作用，目前围绕纯电动汽车电池热管理技术日益得到关注和重视。

为了对电池包进行有效的散热，本文利用试验验证、三维数值模拟和结构耦

合优化的方法，设计对比了电池单模组冷板的性能优劣，并对单模组的冷板进行

集成设计了一种整体式液冷板，从不同的角度对冷板的性能进行分析，探讨对整

体式冷板流量均匀性以及温度均匀性的影响，并对冷板的结构给出优化的建议。

首先以50Ah磷酸铁锂电池为试验对象，研究了电池的内阻变化规律以及电池

的温升变化规律，根据试验的数据建立电池单体热仿真模型，得出仿真数据与试

验误差控制在了5%范围内，符合要求。

其次本文对电池单模组设计了凸台式液冷板以及蛇形管式液冷板等8种不

同的冷板散热结构，利用三维数值模拟的办法对其流阻、流量分布、散热性能以

及经济性进行对比分析，得出双进口并联蛇形管液冷板的综合性能最好。针对双

进口并联蛇形管液冷板，探究了不同大小的流道宽度b、出口流道宽度b、流道

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高度h，通道斜度α，冷板顶板厚度d对液冷板流阻性能以及换热性能的影响。另

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外基于L16（4）正交试验，以冷板表面最高温度以及进出口流阻为评价指标，

对双进口并联蛇管液冷板进行优化设计。通过极差分析方法得到了冷板参数对于

换热性能以及流阻性能的影响，其显著大小程度为流道宽度b流道高度h流道

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进口宽度b2通道斜度α冷板顶板厚度d；得到了最佳的双进口并联蛇管液冷板

的结构即为b=5.5mm、h=6mm、b=12mm、α=2.21%、d=3mm，优化后的液冷板

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流阻下降了5.51%，电池表面最高温度下降了1.3℃。

为了对整个电池包的温度均匀性进行优化设计并降低液冷板的流阻，本文摒

弃传统冷板连接的外接管路，创新的提出了单模组集成化的整体式冷板，对其初

始结构进行三位数值模拟，通过冷板性能评价指标流量不均匀数提出整体式冷板

的优化方向，对整体式冷板进口不同位置处的集管宽度进行参数化建模，利用多

目标优化算法对第一支路集管的宽度w、第二三四支路处集管的宽度w、第五

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六支路处集管的宽度w3以及流道进口宽度d进行优化设计，得出优化后的整体式

冷板的各个单块冷板位置处的流量不均匀分数均低于5%，流阻相比于优化前降低

22.1%。其次，优化后的电池组最高温度为31.58℃，温度分布相较之前有了明显

的提升，温度均匀性得到了提升，优化后的电池包的温差低于8℃，满足电池包温

度均匀性的设计要求。

关键词：

锂离子电池，整体式冷板，试验研究，数值模拟，结构优化

b,outletchannelwidthb,channelheighth,channelslopeα

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andcoolingplatethicknessdontheflowresistanceandheattransferperformanceof

liquidc