一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台

摘要

本发明提供一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台，涉及电动汽车电池散热器领域。该用于车用电池散热的散热器设计计算平台，包括散热器关键参数设计模块、历史查询模块、数据存储模块。本发明基于MATLAB GU I实现散热器计算的人机交互功能，界面简洁，用户能够快速熟练地掌握使用方法，进一步提高工作效率；操作过程中设置了大量提示框和报错框，用户能更直观地了解设计中的错误，便于及时改正、修复；清除按钮和多种输入方式的设计都为散热器研究领域人员提供了方便简单的参数输入及结果输出的友好操作界面；使用该平台能缩短散热器产品的研发周期、降低研发成本，具有一定实用价值和重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车电池散热器技术领域，具体为一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台。

背景技术

近年来，电动汽车市场不断扩增，行业对于电池的需求量也进一步增大。但是机械滥用、电滥用和热滥用等因素均会导致电池热量累积严重，从而引发电池局部过热的问题，电池散热仍然是电池大规模应用过程中要攻克的难题。当电池工作温度过高时，电池的各项性能均会不同程度地衰减，甚至还会引发严重的安全事故，加速电池的老化。因此，有必要创造条件，对电池采取主动的管理模式，维持电池的最佳工作温度范围。从而设计计算平台可以根据电池特性，设计散热器的各项参数，保障电池组工作在适宜温度范围内，提升电动汽车的电池利用率和寿命。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台，通过对散热器自定义设计，计算散热器的各项基本参数，由此判断散热器的各项性能是否能在电动车使用过程中达标，解决了电动汽车因为电池散热不稳定导致的电池使用寿命低的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台，包括散热器关键参数设计模块、历史查询模块、数据存储模块，

所述散热器关键参数设计模块包括开始界面、设计计算界面和保存界面，为了提升用户对平台信息的权限控制，在进入主界面之前设置了用户登录界面，用户需采用密码验证方可进入研发平台，研发平台界面是用户进入系统的首界面，其指向设计计算、数据查询、输入数据三个按键，用户可以点击任意一个按钮，界面就会跳转到所对应的子界面模块中，引导用户进行后续操作；

当用户单击“设计计算”按钮，系统切换到“设计计算模式”子模块，用户可根据提示栏输入项目代号，设置当前的环境温度，输入预期散热器产品的整体尺寸、散热器的数量、放置层数、放置方式等；

完成基本信息的填写后，自动切换到“自主设计模式”初算界面，用户可以对所有层数的每个散热器输入预期的设计参数，包括传热介质、散热量、流量、入口温度、出口温度、初算密度、初算定压比热和修正系数，其中散热量、流量、入口温度和出口温度中已知三个值就能计算出第四个值，当输入参数不满足已知三个时系统会报错，提示用户数据输入有误；根据选择的流量单位不同，计算的回调函数也不同，点击“计算”按钮将自动计算出第四个未知量，初算结果区域会得到相应散热器的对数温差和传热面积初算结果；

初算完成之后，进入正式计算界面，初算界面的选择结果和计算结果将传递到本界面物理参数区域，并直接用于计算；在结构参数中，按散热器的组合形式逐一选择每个散热器的冷侧和热侧的翅片组合形式，翅片材料、翅片高、节距、翅片宽、层数、翅片箔材厚度等；根据结构参数可以计算传热面积、流通面积、迎面面积、翅片切断长等参数；

最后是保存任务，点击界面新建按钮会自动跳转到下一散热器设计计算界面，若超出预定散热器个数，界面将报错，提示超出散热器上限；计算过程为反复迭代过程，判定准则为输入换热量与计算换热量的值相差在0.5％以内；当迭代完成后，保存按钮可以将结果保存在数据库中，导出按钮可以将数据导出成EXCEL文件，方便用户进行查看和检查。

优选的，若放置层数、放置方式和设计模式中有任何一个未进行选择，则界面会弹出提示框，直至用户所有选择完成，才能跳转至下一界面。

优选的，散热器系统共设置四层容纳量，每层至多可放置五个散热器，用户可以根据不同的需求选择散热器的组合形式，“显示布置形式”区域和“选择散热器组合形式及数量”区域会显示出相应的选择形式，随后自动跳转到相应层数；对于这四层的散热器，根据散热器的放置方向(立置、平置)、风扇放置位置(上、下、左、右)和风向(吹风、吸风)三个因素随机组合，共形成八种散热器的放置方式，可供用户自行选择；对于每层的散热器(至多容纳五个)，根据散热器的数量和放置位置的不同，散热器的组合方式共分为30种，其中包含1个散热器的有1种，包含2个散热器的有2种，包含3个散热器的有6种，包含4个散热器的有19种，包含5个散热器的有2种。

优选的，散热器计算的主要步骤如下：

s1：先计算出散热器的热负荷：

Q＝G·ρ·C

式中，Q为热负荷(W)；G为体积流量(m

s2：再计算出对数温差：

Δt＝((T

式中，Δt为对数温差；Ti为热侧进口温度(K)；To为热侧出口温度(K)；ti为冷侧进口温度(K)；to为冷侧出口温度(K)，ln为自然对数；

s3：根据热负荷Q和对数温差Δt计算出散热器的传热面积F

式中，F为单片散热器的传热面积(m

优选的，在正式计算界面的物理参数区域中，运动粘度、介质导热系数等参数已通过数据拟合得到相应计算公式，根据经验公式可以计算阻力、f因子、芯体内阻力降、污垢热阻、壁厚热阻等参数，经验公式已编入计算系统的回调函数中；根据计算公式可以计算雷诺数、传热系数、换热量等参数；

计算雷诺数：

Re＝W·de/v

式中，Re为雷诺数；W为计算流速(m/s)；de为当量直径(m)；v为运动粘度(m

计算传热系数：

K＝1/(1/α

式中，K为传热系数(W/m

优选的，用户使用历史查询模块可以单选或多选查询的方面(如外形结构、翅片选型、组合形式、散热需求等)，输入查询条件(按项目、按翅片结构、按组合形式等)进行查询，生成符合条件的项目列表，点击列表中的每一项，再有具体的结果显示；该功能将根据不同用户设定不同的权限，内部用户有查询、修改、删除和导出的权限，外部用户在获得内部用户提供的临时登录账号后，可进行查询和导出数据。

优选的，用户使用数据存储模块可以把已有的散热器设计数据导入数据库中，将散热器数据保存下来，数据输入有两种模式，用户可以点击“打开”按钮，按照设定模板从EXCEL批量导入数据，该方法快速便捷，但要求EXCEL中的数据按照模版存储；若模板不能满足要求，用户也可以直接在表格中输入需要的数据，点击保存后数据将自动保存在数据库中，并更新数据库，便于历史数据查询。

(三)有益效果

本发明提供了一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台。具备以下有益效果：

1.本发明提出一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台，基于MATLAB GUI实现散热器计算的人机交互功能，界面简洁，用户能够快速熟练地掌握使用方法，进一步提高工作效率；操作过程中设置了大量提示框和报错框，用户能更直观地了解设计中的错误，便于及时改正、修复；清除按钮和多种输入方式的设计都为散热器研究领域人员提供了方便简单的参数输入及结果输出的友好操作界面；使用该平台能缩短散热器产品的研发周期、降低研发成本，具有一定实用价值和重要意义。

2.本发明提出一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台，为解决电动车动力电池系统的散热问题提供技术支撑。散热器的传热面积、流通面积、换热量等各项参数与电动车的电池寿命有巨大的联系，使用该平台对散热器进行自定义设计、模拟计算，用户可以预测散热器的工作效率，监控电池的热量累积，维持电池的最佳工作温度范围，防止电池局部过热，大大提升电动汽车的电池利用率和寿命。

附图说明

图1为本发明提出一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台的用户登录布局图；

图2为本发明提出一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台的研发平台界面布局图；

图3为本发明提出一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台的设计计算主界面布局图；

图4为本发明提出一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台的第一提示框弹出图；

图5为本发明提出一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台的第二提示框弹出图；

图6为本发明提出一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台的散热器组合方式图；

图7为本发明提出一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台的计算界面图；

图8为本发明提出一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台的自主计算界面图；

图9为本发明提出一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台的数据输入界面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1-9所示，本发明实施例提供一种用于车用电池散热的散热器设计计算平台，包括散热器关键参数设计模块、历史查询模块、数据存储模块，所述散热器关键参数设计模块包括开始界面、设计计算界面和保存界面，为了提升用户对平台信息的权限控制，在进入主界面之前设置了用户登录界面，用户需采用密码验证方可进入研发平台，研发平台界面是用户进入系统的首界面，其指向设计计算、数据查询、输入数据三个按键，用户可以点击任意一个按钮，界面就会跳转到所对应的子界面模块中，引导用户进行后续操作；

当用户单击“设计计算”按钮，系统切换到“设计计算模式”子模块，用户可根据提示栏输入项目代号，设置当前的环境温度，输入预期散热器产品的整体尺寸、散热器的数量、放置层数、放置方式等；

完成基本信息的填写后，自动切换到“自主设计模式”初算界面，用户可以对所有层数的每个散热器输入预期的设计参数，包括传热介质、散热量、流量、入口温度、出口温度、初算密度、初算定压比热和修正系数，其中散热量、流量、入口温度和出口温度中已知三个值就能计算出第四个值，当输入参数不满足已知三个时系统会报错，提示用户数据输入有误；根据选择的流量单位不同，计算的回调函数也不同，点击“计算”按钮将自动计算出第四个未知量，初算结果区域会得到相应散热器的对数温差和传热面积初算结果；

初算完成之后，进入正式计算界面，初算界面的选择结果和计算结果将传递到本界面物理参数区域，并直接用于计算；在结构参数中，按散热器的组合形式逐一选择每个散热器的冷侧和热侧的翅片组合形式，翅片材料、翅片高、节距、翅片宽、层数、翅片箔材厚度等；根据结构参数可以计算传热面积、流通面积、迎面面积、翅片切断长等参数；

最后是保存任务，点击界面新建按钮会自动跳转到下一散热器设计计算界面，若超出预定散热器个数，界面将报错，提示超出散热器上限；计算过程为反复迭代过程，判定准则为输入换热量与计算换热量的值相差在0.5％以内；当迭代完成后，保存按钮可以将结果保存在数据库中，导出按钮可以将数据导出成EXCEL文件，方便用户进行查看和检查。

若放置层数、放置方式和设计模式中有任何一个未进行选择，则界面会弹出提示框，直至用户所有选择完成，才能跳转至下一界面。

散热器系统共设置四层容纳量，每层至多可放置五个散热器，用户可以根据不同的需求选择散热器的组合形式，“显示布置形式”区域和“选择散热器组合形式及数量”区域会显示出相应的选择形式，随后自动跳转到相应层数；对于这四层的散热器，根据散热器的放置方向(立置、平置)、风扇放置位置(上、下、左、右)和风向(吹风、吸风)三个因素随机组合，共形成八种散热器的放置方式，可供用户自行选择；

表1散热器的放置方式

对于每层的散热器(至多容纳五个)，根据散热器的数量和放置位置的不同，散热器的组合方式共分为30种，其中包含1个散热器的有1种，包含2个散热器的有2种，包含3个散热器的有6种，包含4个散热器的有19种，包含5个散热器的有2种。

散热器计算的主要步骤如下：

s1：先计算出散热器的热负荷：

Q＝G·ρ·C

式中，Q为热负荷(W)；G为体积流量(m

s2：再计算出对数温差：

Δt＝((T

式中，Δt为对数温差；Ti为热侧进口温度(K)；To为热侧出口温度(K)；ti为冷侧进口温度(K)；to为冷侧出口温度(K)，ln为自然对数；

s3：根据热负荷Q和对数温差Δt计算出散热器的传热面积F

式中，F为单片散热器的传热面积(m

在正式计算界面的物理参数区域中，运动粘度、介质导热系数等参数已通过数据拟合得到相应计算公式，根据经验公式可以计算阻力、f因子、芯体内阻力降、污垢热阻、壁厚热阻等参数，经验公式已编入计算系统的回调函数中；根据计算公式可以计算雷诺数、传热系数、换热量等参数；

计算雷诺数：

Re＝W·de/v

式中，Re为雷诺数；W为计算流速(m/s)；de为当量直径(m)；v为运动粘度(m

计算传热系数：

K＝1/(1/α

式中，K为传热系数(W/m

用户使用历史查询模块可以单选或多选查询的方面(如外形结构、翅片选型、组合形式、散热需求等)，输入查询条件(按项目、按翅片结构、按组合形式等)进行查询，生成符合条件的项目列表，点击列表中的每一项，再有具体的结果显示；该功能将根据不同用户设定不同的权限，内部用户有查询、修改、删除和导出的权限，外部用户在获得内部用户提供的临时登录账号后，可进行查询和导出数据。

用户使用数据存储模块可以把已有的散热器设计数据导入数据库中，将散热器数据保存下来，数据输入有两种模式，用户可以点击“打开”按钮，按照设定模板从EXCEL批量导入数据，该方法快速便捷，但要求EXCEL中的数据按照模版存储；若模板不能满足要求，用户也可以直接在表格中输入需要的数据，点击保存后数据将自动保存在数据库中，并更新数据库，便于历史数据查询。

实施例二：

本实施例与实施例一的不同之处在于：散热器设计计算平台利用MATLAB GUI，将已有的迭代计算公式编写为回调函数，使程序具有可读性，然后通过参数的输入、输出，实现散热器换热特性和阻力特性的计算。该平台的优势如下：

基于MATLAB GUI实现散热器计算的人机交互功能，界面简洁，用户能够快速熟练地掌握使用方法，进一步提高工作效率。操作过程中设置了大量提示框和报错框，用户能更直观地了解设计中的错误，便于及时改正、修复。清除按钮和多种输入方式的设计都为散热器研究领域人员提供了方便简单的参数输入及结果输出的友好操作界面。使用该平台能缩短散热器产品的研发周期、降低研发成本，具有一定实用价值和重要意义。

用户可以根据产品需求自行设计散热器的参数，在设计栏中输入预设的产品数据，包括产品的外形尺寸、外观结构、设计指标参数、实际试验参数、散热器产品芯体结构参数、传热面积、流通面积、计算和试验所得J因子和f因子、传热系数K、冷边和热边的流动阻力等。

利用散热器设计计算平台的设计计算模块，可以用于散热器新产品的设计开发，利用散热器设计计算平台的数据查询模块，可以对已有的产品各项数据进行查找，利用散热器设计计算平台的数据输入模块，可以作为换热产品设计数据积累的存储平台。

在此平台的基础上，可以继续根据不同的需求再增加特定的功能。例如与ProE连接绘制三维图形，建立ProE的三维零件数据库(包括翅片、封条、隔板、侧板等)，通过在平台中设定的结构尺寸匹配三维数据库中的零件，或是与Fluent连接进行仿真分析。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。