一种对于电池液冷系统换热板的无量纲拓扑优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113656974A(43)申请公布日2021.11.16(21)申请号202110965680.0(22)申请日2021.08.20(71)申请人江苏科技大学地址212003江苏省镇江市梦溪路2号(72)发明人王蛟陈帆杨兴林杜军(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243代理人郭俊玲(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F111/06(2020.01)G06F119/08(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种对于电池液冷系统换热板的无量纲拓扑优化设计方法(57)摘要本发明公开了一种对于电池液冷系统换热板的无量纲拓扑优化设计方法，涉及电池热管理领域，所述方法包括以下步骤：建立二维换热板模型；确定拓扑优化参数和冷却液热物理参数；选用控制方程、目标函数和限制条件；对参数和方程进行无量纲处理，建立无量纲拓扑优化的数学模型；更新设计变量；构建三维换热板模型，组建电池组模型；设置电池发热量和参数，模拟电池组整个放电过程温度的变化情况；判断电池放电过程中最高温度和温差是否符合允许的范围，具有更大的自由度，取得更好的换热效果；能够有效降低电池的温度，减少了优化结果受工况和网格变化的影响，扩宽了优化结果的可收敛范围，进一步提高了拓扑优化技术在复杂工况下的实用性。CN113656974ACN113656974A权利要求书1/2页1.一种对于电池液冷系统换热板的无量纲拓扑优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1：确定换热板二维模型尺寸，出入口所在的位置，建立二维换热板模型；步骤2：根据电池液冷系统，确定换拓扑优化参数和冷却液热物理参数；步骤3：选用控制方程、目标函数和限制条件；步骤4：对控制方程、目标函数和限制条件进行无量纲化处理，建立无量纲拓扑优化的数学模型；步骤5：采用序列二次优化的方法更新设计变量，对流固边界处的设计变量进行过滤和投影，输出收敛后的拓扑优化结果；步骤6：根据优化结构，构建三维换热板模型，组建电池组模型；步骤7：设置电池发热量和冷板入口冷却液参数，用仿真软件模拟电池组整个放电过程温度的变化情况；步骤8：判断电池在放电过程中最高温度和温差是否符合允许的范围，若符合则换热板设计成功，不符合修改拓扑优化参数，重复步骤2到步骤8直到符合要求。2.根据权利要求1所述的一种对于电池液冷系统换热板的无量纲拓扑优化设计方法，其特征在于：所述步骤1中，换热板二维尺寸包括长、宽和出入口的尺寸，出入口的位置包括常见的中线和对角线布置，以及不常见的位置布置。3.根据权利要求1所述的一种对于电池液冷系统换热板的无量纲拓扑优化设计方法，其特征在于：所述步骤2中，拓扑优化参数包括入口冷却液的温度Tin、速度uin、压力pin和热源的发热量，冷却液热物理参数包括导热系数kf,密度ρ,定压热熔Cp和粘性μ。4.根据权利要求1所述的一种对于电池液冷系统换热板的无量纲拓扑优化设计方法，其特征在于：所述步骤3中，所述控制方程选自连续性方程、动量方程和能力方程中的一个或几个；所述目标函数选自最大化换热量、最大化冷却液出口焓值、最小化换热板平均温度和最小化热阻中的一个或几个；所述限制条件选自流体域体积分数限制、冷却液入口泵功限制和最小流量限制中的一个或几个。5.根据权利要求1所述的一种对于电池液冷系统换热板的无量纲拓扑优化设计方法，其特征在于：所述步骤4中，根据流动和换热的无量纲数，对控制方程、目标函数和限制条件进行无量纲化处理，无量纲处理方法如下：其中，L是特征长度,U是特征速度,p0是出口压力，为梯度算子，Tc是特征温度,Tr是参考温度，H*是无量纲发热量，Re是雷诺数，Pr是普朗克数；所述步骤4中，选用最大化换热量为目标函数，流体域体积分数为限制条件，建立的无量纲拓扑优化数学模型如下：Find：θ＝(θ1，θ2，......θi)，γi＝0or1**minimize：J＝∫Ω(1‑θ)H(1‑T)dΩ2CN113656974A权利要求书2/2页∫ΩθdΩ≤WV其中，0是拓扑优化的设计变量，i为每个设计变量的下标，Da是无量纲的达西数，q是差值模型中的惩罚系数，ks为固体域的导热系数，W是流体域体积分数，V是设计域的面积。6.根据权利要求1所述的一种对于电池液冷系统换热板的无量纲拓扑优化设计方法，其特征在于：所述步骤5中，对流固边界处的设计变量进行过滤的公式如下：2其中，0f是过滤后的设计变量，Rmin是过滤半径。7.根据权利要求1所述的一种对于电池液冷系统换热板的无量纲拓扑优化设计方法，其特征在于：所述步骤5中，对流固边界处的设计变量通过下式进行投影：其中，0p是投影后的设计变量，β是投影斜率，0β是投影点；拓