答辩博士：杨文

指导教师：周 飞 教授

论文题目：锂离子电池模组热管理的仿生设计及其热特性研究

答辩委员会：

主席：陈云飞  教授/博导      东南大学

委员：徐晓美  教授/博导      南京林业大学      

   刘向雷  教授/博导      南京航空航天大学      

   黄  巍  教授/博导      南京航空航天大学

韦红余  教授/硕导      南京航空航天大学  

秘书：孔继周  副研究员/硕导  南京航空航天大学

答辩时间：2022年9月6日 14:00地    点：南航明故宫校区A6-201

学位论文简介：

结合仿生微通道和仿生表面结构，开展高效的锂离子电池热管理方案设计。本文研究了波浪形冷却管和蛛网式冷却液微通道对液冷热管理方案的影响规律，分析冷却液在微通道中的换热顺序；揭示了鳄鱼表皮仿生散热件和鲨鱼皮仿生散热片对轴向空冷电池热管理方案的影响机理，并对散热件的结构进行优化以提升控温均匀性；讨论了混合热管理方案中不同换热介质的协同换热性能，检验热管理方案的适应性。具体工作如下：

（1）基于电热耦合模型和电池模组的流-热耦合模型的协同仿真，建立电池模组热管理方案的仿真模型。在电池模组中引入波浪形冷却管，提出基于波浪形冷却管的液冷和空冷混合的电池热管理方案，分析空冷和液冷结合的热管理方案的控温性能。

（2）为了克服冷却板进出口温差较大的问题，提出了蛛网式冷却液微通道，并将其应用于液冷和相变材料的混合热管理方案中。基于神经网络模型建立电池模组冷却液流量的估测模型，预测电池模组在不同工况下的冷却液流量需求。

（3）借鉴短吻鳄的表皮结构，在轴向空冷的圆柱电池热管理方案中装配具有仿生表面结构的散热件，增强空气与电池的换热效率，并利用正交试验方法对仿生散热件结构进行优化，对比电池模组中应用仿真散热件后散热性能的变化。

（4）为了增强表面结构的控温调节作用，提出了含有相变材料的仿生散热片，相变材料填充在表面结构的空腔中。揭示了鲨鱼皮仿生结构对电池模组散热效果的影响机理，并对仿生表面结构的高度进行优化以提升热管理方案的均温性能。

（5）基于均匀换热分流通道和强化换热表面结构，参考蜂窝结构对电池包进行模块化处理，并在电池模组中安装仿生散热片，提升空冷热管理方案的控温性能。同时，对电池包的结构强度进行仿真分析。

主要创新性结论如下：

（1）提出基于波浪形冷却管的液冷和空冷混合电池模组热管理方案，揭示了冷却管结构和混合散热模式对热管理法方案热性能的影响规律。

（2）提出了蛛网式冷却液微通道，基于神经网络模型，预测液冷和相变材料混合电池热管理方案在不同工况的冷却液流量需求。

（3）在轴向空冷的锂离子电池模组热管理方案中引入仿生散热件，这一热管理方案不改变电池模组原有结构和体积占有率低，增强了空冷热管理方案的控温效率。

（4）提出了含有相变材料的仿生散热片，探究了鲨鱼皮仿生结构对电池模组散热效果的影响机理，优化后仿生表面结构高度沿空气流动方向逐渐增加，控温均匀性提升。

（5）利用电池包的气管网络和电池模组的空气分配板对空气进行二级输送，提升了蜂窝式电池包的空冷热管理方案的控温均匀性。