CN116263843A - 电池包冷却板流道设计方法 - Google Patents

电池包冷却板流道设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116263843A
CN116263843A CN202111525538.0A CN202111525538A CN116263843A CN 116263843 A CN116263843 A CN 116263843A CN 202111525538 A CN202111525538 A CN 202111525538A CN 116263843 A CN116263843 A CN 116263843A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dimensional
cooling plate
battery pack
dimensional model
flow channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111525538.0A
Other languages
English (en)
Inventor
赵羿
吴海平
赵晶晶
杨守平
张程
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
PSA Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PSA Automobiles SA filed Critical PSA Automobiles SA
Priority to CN202111525538.0A priority Critical patent/CN116263843A/zh
Publication of CN116263843A publication Critical patent/CN116263843A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/14—Pipes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及一种电池包冷却板流道设计方法。所述设计方法包括：第一步骤S1：将所述流道的不同组成单元抽象为不同类型的一维流阻块；第二步骤S2：根据符合散热性能需求的目标参数以及所述冷却板的整体尺寸，使用所述一维流阻块来建立所述流道的初始一维模型；第三步骤S3：基于多次一维仿真计算，通过调整所述初始一维模型来确定满足所述目标参数的最终一维模型；以及第四步骤S4：基于所述最终一维模型来建立所述流道的三维模型。本发明的设计方法旨在有效满足电池包的散热性能需求，同时显著降低研发时间和经济成本。

Description

电池包冷却板流道设计方法
技术领域
本发明总体涉及电池包冷却板流道设计领域。更具体地，本发明涉及一种尤其用于新能源车辆动力电池包的冷却板流道设计方法。
背景技术
动力电池是新能源车辆中的主要储能元件，动力电池包的散热效果直接影响着车辆性能。在各种散热方式中，液冷是利用在冷却板流道中循环的冷却液作为导热媒介为电池包散热的方式。通常，冷却板流道的设计需满足目标整体流阻、目标换热系数、均温性等多个散热性能需求。
当前，一些车辆零部件供应商具备自有的电池包冷却板流道设计方案，并可根据实际的散热性能需求进行调整。然而，现有的冷却板流道的设计及调整过程包括实施多次三维仿真计算，以获得能够满足散热性能需求的稳定设计，该过程通常需要耗费大量的研发时间和经济成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺陷，提供了一种电池包冷却板流道设计方法，该设计方法旨在有效满足电池包的散热性能需求，同时显著降低研发时间和经济成本。
为此，本发明提供了一种电池包冷却板流道设计方法，包括：第一步骤S1：将所述流道的不同组成单元抽象为不同类型的一维流阻块；第二步骤S2：根据符合散热性能需求的目标参数以及所述冷却板的整体尺寸，使用所述一维流阻块来建立所述流道的初始一维模型；第三步骤S3：基于多次一维仿真计算，通过调整所述初始一维模型来确定满足所述目标参数的最终一维模型；以及第四步骤S4：基于所述最终一维模型来建立所述流道的三维模型。
根据本发明的可选实施方式，所述目标参数包括目标整体流阻和目标换热系数。
根据本发明的可选实施方式，所述一维流阻块的类型包括节点收集模块、管道连接模块和管道变截面特征模块，并且每种类型的一维流阻块具有可供选择的多种尺寸。
根据本发明的可选实施方式，在所述流道中，位于下游的所述节点收集模块和所述管道连接模块的数量分别多于位于上游的所述节点收集模块和所述管道连接模块的数量，并且，位于下游的所述管道连接模块的总截面面积小于位于上游的所述管道连接模块的总截面面积。
根据本发明的可选实施方式，所述第三步骤S3包括：通过一维仿真计算，获得在每个节点收集模块处的换热系数；以及调整所述节点收集模块和/或所述管道连接模块和/或所述管道变截面特征模块的数量和/或尺寸和/或分布和/或连接方式，并且重复一维仿真计算，直至在每个节点收集模块处达到所述目标换热系数。
根据本发明的可选实施方式，所述第四步骤S4包括通过单次三维仿真计算来验证所述三维模型的散热性能。
根据本发明的可选实施方式，所述电池包为新能源车辆的动力电池包。
与现有技术相比，根据本发明的电池包冷却板流道设计方法具有多个有益效果，尤其是：将冷却板流道在一维布局中模块化，通过实施具有较快运算速度的多次一维仿真计算，减少了复杂且耗时的三维仿真计算的次数，因此在确保满足散热性能需求的同时缩短了研发周期和经济成本；此外，这种方法的步骤相对简单，实用性强，能够在多种类型的电池包冷却板的流道设计中广泛应用。
附图说明
本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式被更好地理解。
图1是本发明的电池包冷却板流道设计方法的流程图；
图2是通过图1中的方法所获得的一种冷却板的底面示意图；
图3是图2中的冷却板的顶面的立体示意图；
图4是图2中的冷却板的底面的局部放大立体示意图。
在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。应当理解到，以上附图不仅用于对本发明的解释说明，必要时还有助于对本发明的限定。
具体实施方式
下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。
可以理解到，本发明的目的并非是对于电池包冷却板流道的某些已知构造做出特定的改进，而是通过将电路设计领域中常用的基于基尔霍夫定律得到的理论拓扑结构与冷却板流道的三维结构设计相结合，提出一种能够降低研发时间和经济成本的冷却板流道设计方法。
图1示出了本发明的电池包冷却板流道设计方法的四个步骤S1-S4。
在第一步骤S1中，将冷却板流道的不同组成单元抽象为不同类型的一维流阻块，即具有预设流阻值的一维模块。
更具体地，作为非限制性示例，所述一维流阻块的类型包括节点收集模块(对应于图2和图4中的节点31)、管道连接模块(对应于图2和图4中的管道32)和管道变截面特征模块(对应于图2和图4中的变截面特征33)，其中，相邻的节点收集模块通过管道连接模块彼此连接，管道变截面特征模块用于布置在管道连接模块中，以通过改变该管道连接模块的截面面积来改变该管道连接模块的流阻值。
此外，每种上述类型的一维流阻块具有可供选择的多种尺寸，以形成尺寸数据库。例如，管道连接模块具有可根据实际需要来选择的多种长度和截面面积，在实际应用中，对于整体尺寸较大的冷却板，可选择长度较大的管道连接模块，而在需要增大流阻值时，可选择截面面积较小的管道连接模块。
在第二步骤S2中，根据符合散热性能需求的目标参数以及冷却板的整体尺寸，使用上述一维流阻块来建立冷却板流道的初始一维模型。
更具体地，作为非限制性示例，所述目标参数包括目标整体流阻(目标压降)和目标换热系数(冷却板的目标表面换热系数)。“整体流阻”取决于冷却板中各个部分的流阻以及驱动泵的选型。某一位置的“换热系数”取决于流经该位置的冷却液流速，流速越大，换热系数越大。
根据所设定的上述目标参数和冷却板的整体尺寸，使用一维仿真工具(例如AMESim/GT suit)，通过确定各种一维流阻块的数量、尺寸、分布、连接方式等来建立该冷却板流道的初始一维模型。
在第三步骤S3中，基于多次一维仿真计算，通过调整所建立的初始一维模型来确定满足上述目标参数的最终一维模型。
更具体地，根据一种实施方式，在该第三步骤S3中，通过基于基尔霍夫定律的一维仿真计算，可获得在每个节点收集模块处的冷却液流量，因而可获得在这些位置处的冷却液流速和换热系数。如某些位置处的换热系数未达到所设定的目标值，则调整邻近于这些位置的节点收集模块和/或管道连接模块和/或管道变截面特征模块的数量和/或尺寸和/或分布和/或连接方式，并且重复一维仿真计算，直至在每个节点收集模块处的换热系数均达到目标值，从而获得满足均温性需求的最终一维模型。
可以理解到，在冷却板流道中，由于下游的冷却液的温度一般高于上游的冷却液的温度，因此，根据一种有利的实施方式，位于流道下游的节点收集模块和管道连接模块的数量设置为分别多于位于流道上游的节点收集模块和管道连接模块的数量，并且，位于流道下游的管道连接模块的总截面面积设置为小于位于流道上游的管道连接模块的总截面面积。由于冷却液的流速等于流量除以截面面积，流道下游的流速由此大于流道上游的流速，使得流道下游的换热系数更大，从而能够保持冷却板的均温性。
在第四步骤S4中，基于所获得的最终一维模型来建立该冷却板流道的三维模型。
更具体地，在该第四步骤S4中，在三维建模工具中将上述最终一维模型与冷却板流道的各个组成单元的三维结构相结合，建立该冷却板流道的三维模型，并且可通过单次三维仿真计算(例如使用CFD(计算流体动力学)仿真工具)来验证该三维模型的散热性能。
图2至图4示出了通过本发明的方法所获得的一种电池包冷却板1，所示出的这种冷却板1例如但非限制性地是新能源车辆(例如电动车辆、混合动力车辆)的动力电池包的底部冲压冷却板1，其中，电池模组换热面在这些图中由标记“2”示意性示出。可以理解到，本发明的方法可应用于任何类型的采用液冷散热方式的电池包的冷却板流道设计。
如图2至图4所示，该冷却板1的流道被设置为在进口接头4与出口接头5之间的整体网状结构(图2的上端为进口端，下端为出口端)，该网状结构由在进口端与出口端之间逐层布置的节点31(对应于一维模型中的“节点收集模块”)、管道32(对应于一维模型中的“管道连接模块”)以及布置在管道32中的变截面特征33(对应于一维模型中的“管道变截面特征模块”)组成。
还如图2所示，邻近出口端(即位于下游)的节点31和管道32的数量分别多于邻近入口端(位于上游)的节点31和管道32的数量，使得该网状结构呈现“上部疏下部密”的形式，并且，邻近出口端的管道32相较于邻近入口端的管道32更细，使得邻近出口端的管道层的总截面面积小于邻近入口端的管道层的总截面面积。根据之前的描述可知，这种形式的网状结构确保了流道下游的换热系数大于流道上游的换热系数，从而能够满足该冷却板1的均温性需求。
以上已揭示本发明的技术内容及技术特点，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述公开的构思作各种变化和改进，但都属于本发明的保护范围。
上述实施方式的描述是示例性的而不是限制性的，本发明的保护范围由权利要求所确定。

Claims (7)

1.一种电池包冷却板流道设计方法，其特征在于，包括：
第一步骤S1：将所述流道的不同组成单元抽象为不同类型的一维流阻块；
第二步骤S2：根据符合散热性能需求的目标参数以及所述冷却板的整体尺寸，使用所述一维流阻块来建立所述流道的初始一维模型；
第三步骤S3：基于多次一维仿真计算，通过调整所述初始一维模型来确定满足所述目标参数的最终一维模型；以及
第四步骤S4：基于所述最终一维模型来建立所述流道的三维模型。
2.根据权利要求1所述的电池包冷却板流道设计方法，其特征在于，所述目标参数包括目标整体流阻和目标换热系数。
3.根据权利要求2所述的电池包冷却板流道设计方法，其特征在于，所述一维流阻块的类型包括节点收集模块、管道连接模块和管道变截面特征模块，并且每种类型的一维流阻块具有可供选择的多种尺寸。
4.根据权利要求3所述的电池包冷却板流道设计方法，其特征在于，在所述流道中，位于下游的所述节点收集模块和所述管道连接模块的数量分别多于位于上游的所述节点收集模块和所述管道连接模块的数量，并且，位于下游的所述管道连接模块的总截面面积小于位于上游的所述管道连接模块的总截面面积。
5.根据权利要求3所述的电池包冷却板流道设计方法，其特征在于，所述第三步骤S3包括：
通过一维仿真计算，获得在每个节点收集模块处的换热系数；以及
调整所述节点收集模块和/或所述管道连接模块和/或所述管道变截面特征模块的数量和/或尺寸和/或分布和/或连接方式，并且重复一维仿真计算，直至在每个节点收集模块处达到所述目标换热系数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池包冷却板流道设计方法，所述第四步骤S4包括通过单次三维仿真计算来验证所述三维模型的散热性能。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的电池包冷却板流道设计方法，其特征在于，所述电池包为新能源车辆的动力电池包。
CN202111525538.0A 2021-12-14 2021-12-14 电池包冷却板流道设计方法 Pending CN116263843A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111525538.0A CN116263843A (zh) 2021-12-14 2021-12-14 电池包冷却板流道设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111525538.0A CN116263843A (zh) 2021-12-14 2021-12-14 电池包冷却板流道设计方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116263843A true CN116263843A (zh) 2023-06-16

Family

ID=86721916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111525538.0A Pending CN116263843A (zh) 2021-12-14 2021-12-14 电池包冷却板流道设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116263843A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. A novel approach for Lithium-ion battery thermal management with streamline shape mini channel cooling plates
JP5403863B2 (ja) プレート式熱交換器の強度決定方法とプレート式熱交換器の製作方法並びに工業プロセスエンジニアリングプラントの製作方法
CN1983290B (zh) 确定板式热交换器强度、制造板式热交换器及制造技术设备的方法
US9837956B2 (en) Heat exchanger for photovoltaic panels
US20200080796A1 (en) Additive manufactured heat exchanger
CN114342155A (zh) 高性能均匀温度的冷板
CN115397187A (zh) 用于车辆功率模块的散热器及其设计方法
CN109858197A (zh) 一种汽车电池热管理仿真方法
Alizadeh et al. Optimal design of integrated heat pipe air-cooled system using TLBO algorithm for SiC MOSFET converters
Zhang et al. Weight and performance optimization of rectangular staggered fins heat exchangers for miniaturized hydraulic power units using genetic algorithm
Wen et al. Optimal Design of Liquid-Cooled Plates for Lithium-Ion Batteries Using Multi-Objective Topology Optimization
WO2022173490A1 (en) Cold plate design features amenable for additive manufacturing powder removal
Zhang et al. Constructal design of a rectangular parallel phase change microchannel in a three-dimensional electronic device
CN116263843A (zh) 电池包冷却板流道设计方法
CN219811551U (zh) 水冷板、电池包、域控制器以及电动车
CN114361640B (zh) 一种基于负热膨胀性材料的可调式电池包散热系统及方法
CN102305560B (zh) 一种板式换热器的设计方法
CN118094790A (zh) 一种基于拓扑优化的多热源冷板流道优化方法
CN112231826A (zh) 一种基于gt-suit的一维燃油车整车热管理仿真分析方法
CN219677372U (zh) 一种换热装置及电池换热系统
CN218772518U (zh) 一种用于高频线路板的微通道散热器
Lad et al. Topology Optimized Fin Designs for Base Plate Direct-Cooled Multi-Chip Power Modules
US11874070B2 (en) Spinodal structures with bi-continuous topologies for heat transfer applications
CN220753080U (zh) 一种硬盘冷板组件结构
CN114386218B (zh) 一种基于复杂功率分配的集成微流道的优化方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication