A simple cooling structure with precisely-tailored liquid cooling plate for thermal management of large battery module

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作者
Jiekai Xie,Yu Wang,Shuming He,Guoqing Zhang,Xiangyun Liu,Xiaoqing Yang
出处
期刊:Applied Thermal Engineering [Elsevier BV]
卷期号:212: 118575-118575 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.applthermaleng.2022.118575
摘要

The liquid cooling (LC) systems for large battery modules commonly involve many LC plates (LCPs) or other cooling components for achieving a high cooling efficiency. This leads to a greatly reduced energy density of the battery modules, and raises the cost of the cooling system. To overcome the contradiction between the cooling performance and structure complexity, a simple yet effective LC structure comprising only two LCPs and lightweight Al-plates, is proposed herein by precisely designing the channel shape of the LCPs and systematically optimizing the cooling structure. Based on the finite element method, a three-dimension coupled with multiphysics model is applied for the battery module during the discharge process. The numerical simulation results show that the well-defined structure of the LCPs, i.e., two inlet channels merging into one outlet channel covering all the batteries, can effectively relieve the “edge-overcooling” phenomenon existing in such simple structures. Combining with optimizing the inlet velocity and Al-plate thickness, the cooling performance can be further enhanced to a comparable level with that of the traditional complex structures. For example, with an Al-plate thickness of 4 mm and an inlet velocity of 0.275 m∙s−1, the maximum temperature and maximum temperature difference of the battery module can be controlled below 31.80 and 3.70 °C, respectively. As highlighted here, apart from the excellent cooling performance, such a simple cooling structure only accounts for 16.4 wt% of the module weight, much lower than those in previous investigations, and can be expanded more easily to larger-scaled battery modules with diversified specifications, particularly those simultaneously targeting lightweight and high cooling performance.
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