[发明专利]一种耦合式电池热管理系统及其优化设计方法

权利要求书

1.一种耦合式电池热管理系统，其特征在于，包括若干电池、液冷板、填充材料；每个电池顶部或底部与所述液冷板紧密贴合，若干电池沿着液冷板内并行流道方向和垂直方向逐个排布，相邻电池之间设有所述填充材料。

2.根据权利要求1所述的耦合式电池热管理系统，其特征在于，所述液冷板为并行流道的液冷板，包括进口段、进口歧管、若干并行流道、出口段、出口歧管；所述液冷板进口段与进口歧管相连接，出口段与出口歧管相连接；所述进口歧管与出口歧管通过并行流道相连接。

3.根据权利要求1所述的耦合式电池热管理系统，其特征在于，所述填充材料为相变材料、所述阻燃材料或者二者的混合物。

4.根据权利要求3所述的耦合式电池热管理系统，其特征在于，所述阻燃材料密度远低于所述相变材料密度。

5.根据权利要求1所述的耦合式电池热管理系统，其特征在于，所述电池为电池单体或者电池组；电池组一侧贴合液冷板，或者双侧均贴合液冷板。

6.根据权利要求5所述的耦合式电池热管理系统，其特征在于，所述电池单体是棱柱型电池或者圆柱型电池。

7.实现权利要求1所述的耦合式电池热管理系统的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、给定耦合系统的总体积V₀，以及填充材料的物理参数，设置填充材料替换温度阈值为T_b，电池间隙调整步长为ΔL，间隙的最小值为L_min，相变率阈值为

S2、假设初始时刻电池之间间隙相同，全部填充相变材料；根据系统总体积V₀计算电池间隙，沿着系统并行流道方向，间隙分布记为L＝[L₁，L₂，……，L_k，……，L_N，L_N+1]，其中，N为电池个数，L_k为第k个间隙的大小；

S3、使用数值模拟方法计算耦合系统的温度场，得到每个电池的监测温度T_k，往冷板并行流道方向遍历每个电池的监测温度T_k，当监测温度T_k低于材料替换温度阈值T_b时，将该电池两侧的相变材料全部替换为阻燃材料；

S4、使用数值模拟方法计算耦合系统的温度场，得到电池组温差ΔT，记录此时电池间隙分布为最佳分布L_opt，对应的电池组温差为最佳温差ΔT_opt；

S5、寻找监测温度最高的电池，标记为i，若i＝N，将L_N+1增加ΔL；若i≠N，比较第i-1个电池与第i+1个电池的监测温度T_i-1和T_i+1，若T_i-1≥T_i+1，将第i个间隙L_i增加ΔL，若T_i-1＜T_i+1，将第i+1个间隙L_i+1增加ΔL；若所选间隙调整区域的相变率超过相变率阈值则该区域不作为调整区域，继续通过步骤S5寻找材料调整区域；

S6、寻找监测温度最低的电池，标记为j，若j＝1，将L₁减少ΔL；若j≠1，比较第j-1个电池与第j+1个电池的监测温度T_j-1和T_j+1，若T_j-1≤T_j+1，将第j个间隙L_j减少ΔL，若T_j-1＞T_j+1，将第j+1个间隙L_j+1减少ΔL；若所选间隙调整区域达到设定的间隙最小值L_min，则该区域不作为调整区域，继续通过步骤S6寻找材料调整区域；

S7、通过步骤S5和步骤S6得到当前电池间隙分布及其中填充的材料类型，再次使用数值模拟方法计算当前系统中每个电池的监测温度及电池组温差ΔT，若ΔT＜ΔT_opt，则将当前间隙分布记为最佳分布L_opt，将当前温差记为最佳温差ΔT_opt；回到步骤S5，重复上述过程，直到电池组温差ΔT不随着调整步数增加而减小，此时停止间隙调整操作，转到步骤S8；

S8、根据当前系统的数值模拟结果，得到填充材料融化情况，优化设计过程结束，当前电池间隙分布和其中填充的材料类型为设计结果。