Topology optimization design and numerical analysis on cold plates for lithium-ion battery thermal management

拓扑优化 拓扑(电路) 电池(电) 材料科学 电池组 机械 机械工程 热力学 电气工程 有限元法 物理 工程类 功率(物理)
作者
Fan Chen,Jiao Wang,Xinglin Yang
出处
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer [Elsevier BV]
卷期号:183: 122087-122087 被引量:125
标识
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.122087
摘要

In this paper, the cold plates are designed to cool the rectangular lithium-ion battery packs by the topology optimization method. The topology optimization method obtains the channel structure in the two-dimensional model, and three-dimensional cold plate models are then established according to their two-dimensional structure. In a simple model for a battery pack, numerical analyses of topology optimization cold plate (TCP) are implemented using COMSOL software. Numerical results were compared with conventional rectangular-channel cold plate (RCP) and serpentine-channel cold plate (SCP) to investigate the cooling performance and flow characteristics of the cold plate. The results demonstrate that the flow channel structure of the cold plate has a significant influence on the temperature distribution of the battery. At 150 Pa inlet pressure, the maximum temperature of batteries with TCPs is reduced by 0.27% and 1.08% compared to that with RCP or SCP, and the temperature difference is lowered by 19.50% and 41.88%. Appropriately increasing the inlet pressure of the cold plate can also reduce the maximum temperature and temperature difference of batteries. Due to low flow resistance and high heat transfer coefficient, topology optimization will be widely used to design battery cold plates.
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