基于变密度拓扑优化的液冷板散热流道设计

作     者：杨智颖 卢伟 姚嘉 程阳 伍德坚 文海龙 YANG Zhiying;LU Wei;YAO Jia;CHENG Yang;WU Dejian;WEN Haiong

作者机构：桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004 

基　　金：国家自然科学基金(52165010) 桂林电子科技大学高层次人才科研启动基金(UF23045Y) 

出 版 物：《储能科学与技术》 (Energy Storage Science and Technology)

年 卷 期：2025年第14卷第2期

页      码：702-713页

摘      要：电动汽车的热管理以液冷散热为主,针对传统蛇形液冷板散热流道存在均温性差、压降高等不足,尝试应用拓扑优化技术进行流道设计,以满足电池包高温安全性和均温性的要求。首先,基于Comsol变密度拓扑优化的2D仿真,以设计域平均温度最低为目标函数,流道体积分数作为约束条件,通过变量控制法获得设计域中流道分布规律,采用亥姆霍兹过滤器进行敏度过滤,得到新型树状拓扑优化流道的设计。将2D拓扑仿真结果转化为实际流道几何模型,并通过3D打印技术制备树状拓扑流道散热板。采用热流耦合的仿真模拟技术,进行响应面实验设计,研究流道体积分数A、入口温度B、流量C对散热性能的交互影响,通过实验验证了拓扑流道的实际温控能力,证实了仿真模拟的高预测精度。利用非支配遗传算法的优化迭代分析,获取最优帕累托前沿解,即A=0.3、B=20℃、C=10 L/min时具有最佳散热性能。拓扑流道最优方案与蛇形流道相比,进出口压降从4863 Pa下降到822 Pa,下降83%;电池模组最高温度从27.88℃下降到27.21℃,下降2.4%;温差从5.7℃下降到4.95℃,下降13.2%。以上结果均满足了电池模组驱动耐久工况下的测试要求。本工作验证了树状拓扑优化流道进行电池模组热管理的优势,为电池热管理系统的设计提供了有效的方案。

主 题 词：电池包热管理 变密度拓扑优化 树状流道设计 响应面优化 非支配遗传算法 

学科分类：0808[工学-自动化类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0840

馆 藏 号：203157622...