一种潮痕形态流道的冷板及流道形态设计方法与流程

专利2026-02-14  13


本发明涉及散热,具体而言,涉及一种潮痕形态流道的冷板及流道形态设计方法。


背景技术:

1、随着新能源汽车技术的不断进步,电池的能量密度和功率密度都在持续提高,这为电动汽车带来了更长的续航里程和更快的充电速度。但高能量密度的电池在充放电过程中会产生大量的热量,如果不能及时有效地进行散热,就会对电池的性能、寿命甚至安全性产生严重影响。

2、在电池热管理系统中,冷板作为关键的散热部件,其设计直接影响到电池的散热效果。传统的冷板设计往往依赖于经验,如s形、u形和z形流道冷板等,这些设计在一定程度上能够满足基本的散热需求,但在面对更高功率、更复杂热源布局的电池系统时,其局限性逐渐显现。首先,传统设计难以全面考虑流道占冷板总体积的合理性,导致散热效率受限。其次,对于热源呈现复杂布局的电池系统,传统设计无法给出高效、合理的流道布局,难以实现均匀散热。

3、因此,为了提供最优的散热方案,需要一种技术方案,可以设计出更为合理、高效的流道布局,在实现冷板高效散热同时,改善温度的均匀性,减小流阻,提高散热稳定性和耐用性。


技术实现思路

1、为实现上述目的,本申请提供一种潮痕形态流道的冷板,包括:流道板和盖板;其中,盖板提供冷却介质入口和冷却介质出口;

2、流道板内布置潮痕形态流道,潮痕形态流道由谷状区域、脊状区域构成,流道板和盖板的连接区域为脊状区域,用于隔离出谷状区域,谷状区域为冷却介质可以流通的区域;

3、潮痕形态流道的不同位置的宽度不同,宽度不同产生的宽度变化使潮痕形态流道具有渐缩特征和扩展特征;渐缩特征使冷却介质在谷状区域提高流速,扩展特征使冷却介质在谷状区域降低流阻;

4、其中,所述冷却介质包括:制冷剂或冷却液。

5、冷板的长度和宽度由电池布置范围决定,冷板的高度范围为:2.5-8mm;

6、流道板的长度和宽度由电池布置范围决定,流道高度范围为0.5-4mm。

7、潮痕形态流道的谷状区域的宽度范围为5-9mm,脊状区域的宽度范围为6-16mm。

8、所述冷板根据流通的冷却介质不同,支持冷却液液冷和制冷剂直接冷却;

9、所述制冷剂直接冷却再流道中产生相变实现

10、冷却液液冷通过冷却介质在潮痕形态流道中流动实现。

11、冷却介质通过冷却介质入口进入流道区域,在流道中吸热,从冷却介质出口流出。

12、另一方面,本发明提供了一种潮痕形态流道的流道形态设计方法,用于设计冷板的流道形态,潮痕形态流道的流道形态通过热流体拓扑优化设计,由电池冷板的设计域、热量传递模式、边界条件、约束条件和优化目标确定;

13、其中,设计域包括流体域和固体域,热源位于固体域;

14、热量传递模式指:通过冷却液液冷模式和制冷剂直接冷却模式;

15、优化目标为实现设计域中最小温差和最低压降;

16、边界条件包括:冷板的尺寸,流道板的尺寸;

17、约束条件包括达西数、发热量、反渗透率惩罚系数、投影点、投影斜率、固体域体积分数。

18、其中,热流体拓扑优化设计包括:

19、确定设计域、边界条件、热量传递模式和约束条件;

20、建立优化模型,优化模型的实现目标为优化目标;其中,最小温差通过流道板表面的温度分布衡量,最低压降由冷却介质在流道中的流动阻力衡量;

21、将约束条件和边界条件代入优化模型,对优化模型求解;

22、获取满足优化目标的设计结果,设计结果为流道形态分布。

23、其中,优化目标由2个目标函数jt和jf通过加权系数线性组合,构成双目标优化函数,表示为:j=ωt jt+ωfjf,其中,jt表示最小温差、jf表示最低压降、ωt为jt的权重因子、ωf为jf的权重因子,且ωt+ωf=1;

24、优化模型表示为:

25、findγ=(γ1,γ2,...,γi),min j;

26、其中,γ为设计变量;

27、对优化模型求解指获取最佳设计变量。

28、进一步,最小温差和最低压降的计算方法表示为:

29、

30、其中,vs为流体域体积分数、t为环境温度、h为发热系数、ω为设计域面积、re为雷诺数、*为无量纲化符号、t为转置符号、γ为设计变量、u为冷却介质流动速度;

31、其中,流体域体积分数由冷却介质的特征决定,设计域面积由通道尺寸决定。

32、进一步的,执行热流体拓扑优化设计前,根据流道板的尺寸对流道板进行拆分,获取拆分后的设计区域;

33、对设计区域进行热流体拓扑优化设计,获取各设计区域的流道形态分布;

34、将各设计区域的流道形态分布合并,构成所述冷板的流道形态。

35、根据本发明,可正向设计最优的流道板结构设计方案,避免了传统设计方法中的试错过程,提高了设计效率;由于在设计过程中设定了双目标,即最小温差和最小压降,能够本发明提供的冷板同时满足电池制冷系统对温度均匀性和流动阻力的要求,提高了系统的整体性能,也保障了冷板的可靠性。



技术特征:

1.一种潮痕形态流道的冷板,其特征在于,所述冷板包括:流道板和盖板;

2.根据权利要求1所述的冷板,其特征在于,所述冷板的长度和宽度由电池布置范围决定,所述冷板的高度范围为:2.5-8mm;

3.根据权利要求1所述的冷板,其特征在于,所述潮痕形态流道的谷状区域的宽度范围为5-9mm,所述脊状区域的宽度范围为6-16mm。

4.根据权利要求1所述的冷板,其特征在于,所述冷板根据流通的冷却介质不同,支持冷却液液冷和制冷剂直接冷却。

5.根据权利要求1所述的冷板,其特征在于,所述冷却介质通过入口进入流道区域,在流道中吸热,从出口流出。

6.一种潮痕形态流道的流道形态设计方法,用于设计如权利要求1至5所述的冷板的流道形态,其特征在于,所述潮痕形态流道的流道形态通过热流体拓扑优化设计,由所述电池冷板的设计域、热量传递模式、边界条件、约束条件和优化目标确定;

7.根据权利要求6所述的流道形态设计方法,其特征在于,所述热流体拓扑优化设计包括:

8.根据权利要求7所述的冷板的流道形态设计方法,其特征在于,所述优化目标由2个目标函数jt和jf通过加权系数线性组合,构成双目标优化函数,表示为:j=ωtjt+ωfjf,其中,jt表示最小温差、jf表示最低压降、ωt为jt的权重因子、ωf为jf的权重因子,且ωt+ωf=1;

9.根据权利要求8所述流道形态设计方法,其特征在于,最小温差和最低压降的计算方法表示为:

10.根据权利要求7所述的流道形态设计方法,其特征在于,执行所述热流体拓扑优化设计前,根据所述流道板的尺寸对流道板进行拆分,获取拆分后的设计区域;


技术总结
本发明公开了一种潮痕形态流道的冷板及流道形态设计方法,其中冷板包括:流道板和盖板;盖板提供冷却介质入口和冷却介质出口;流道板内布置潮痕形态流道,潮痕形态流道由谷状区域、脊状区域构成,流道板和盖板的连接区域为脊状区域,用于隔离出谷状区域,谷状区域为冷却介质可以流通的区域;潮痕形态流道的不同位置的宽度不同,宽度不同产生的宽度变化使潮痕形态流道具有渐缩特征和扩展特征;渐缩特征使冷却介质在谷状区域提高流速,扩展特征使冷却介质在谷状区域降低流阻。根据上述技术方案,可同时满足电池制冷系统对温度均匀性和流动阻力的要求,提高了系统的整体性能,也保障了冷板的可靠性。

技术研发人员:黄国桂,李梅珺,吕丽,杨选虎,李磊,孟丽苹
受保护的技术使用者:贵州永红散热器有限责任公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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