一、课题来源与背景 目前电动客车的动力电池舱布置于客车后部,电池舱进风效率低，散热效果差，容易出现电池过热报警现象，电池过热严重制约着其动力性能及其节能率的提高。研究传热学原理、热量积耗散极值基本原理，以电动汽车动力电池舱为研究对象，研究舱内对流换热过程的优化方法，用积耗散极值原理导出舱内对流换热性能最佳时、流体速度场所需满足的相应欧拉方程，探求过程局部行为（热量输运路径、介质的物性、流体速度的大小和方向等过程因素）对整体性能的影响，分析舱内流场对动力电池舱散热性能的影响机理，提出动力电池舱风道温度场均匀化强化散热模型，最终达到提高动力电池舱散热性能的目标。 二、技术原理及性能指标 1、本研究成果在广州市第三巴士有限公司对试验样车进行改装，通过进出风口和泄风口位置设计、舱内表面曲面设计、进出风道设计、细分流场等措施对动力电池舱进行了结构改进设计。各种结构方案具体数据比较表明，基于动力电池舱风道温度场均匀化强化散热模型的动力电池舱改进散热结构能各电池箱内的LiFePO4/C 电池单体都能得到均匀有效的散热、提高电池散热效率、有效控制舱温，解决了清洁燃气城市公交客车后置式动力电池舱散热问题，以达到提高汽车动力性和经济性、延长汽车续驶里程的目的，利于电动客车的日益普及。 2、本研究采用 CFD 方法和基于红外成像技术的动力电池舱温度场试验平台相结合的方法对电池舱内部的空气流场进行了分析，研究了电池舱内空气流场对舱内电池温度高和电池单体间热不均匀性形成的影响。基于积耗散极值原理，提出动力电池舱风道温度场均匀化强化散热模型，对电动公交客车动力电池舱结构进行了优化，开发了多种电池舱改进结构，以提高换热效率，最终目的是提高电动客车的驾驶安全性、动力性和燃油经济性。探求过程局部行为（热量输运路径、介质的物性、流体速度的大小和方向等过程因素）对整体性能的影响，分析舱内流场对动力电池舱散热性能的影响机理，最终达到提高动力电池舱散热性能的目标。 3、用理论分析结果指导舱内改进散热结构的开发，提出可行的改善方案，通过进出风口和泄风口位置设计、舱内表面曲面设计、进出风道设计、细分流场等措施，提高舱内散热效率，以达到提高汽车动力性和经济性、延长汽车续驶里程的目的。相对于原电池舱结构，电池舱改进散热结构 A 的电池温度最大降低了15.7°C，电池单体的最大温差从原来的 15.6°C降至 2.3°C。电池舱内电池单体的温差越小，电池箱内的温度越均匀，散热效率越高，从而提高了动力电池舱的散热性能。在改进散热结构 A 中，单位体积的空气积耗散显著降低了 82%。同时，单位体积电池积耗散也显著降低 52%。这种降低表明，在电池舱改进结构中，冷却效果得到增强。仿真结果验证了动力电池舱风道温度场均匀化强化散热模型对散热效率优化的贡献。 4、为验证所设计的基于动力电池舱风道温度场均匀化强化散热模型的动力电池舱改进散热结构对提高电池舱散热性能的效果，搭建基于红外成像技术的动力电池舱温度场实验系统。提出了基于红外成像技术的动力电池舱温度场实验技术分析方法，对动力电池舱半封闭空间内温度场进行多工况、无干扰、可视化、连续测量。 三、项目的特色和创新突破点 1. 本项目基于传热学理论及积耗散极值理论，研究舱内空气流道形成的机理以及其对散热性能的影响，建立电池舱散热效果与舱内介质的热流场、速度场、压力场的映射关系，根据冷却介质对电池组的传热机理来对其散热机理展开较深入研究和探讨。既不同于从电化学和传热学等理论来探讨动力电池的热特性，也有别于采用 CFD 仿真分析的方法生成传热介质流场、针对某些局部的散热不良及循环加热的区域提出工程应用上的改善方案。 2. 本项目基于传热学理论及积耗散极值理论，应用积耗散理论对动力电池舱内流场进行优化，能够从理论上导出优化目标与各设计参数的关系，得到全局的优化控制方程，从而方便系统的优化设计。对于动力电池舱湍流对流换热过程的优化目标为：在黏性耗散一定的条件下寻找最佳流体速度场，使流场时均积耗散取极值，提出优化目标后，构造拉格朗日泛函，通过变分法得到控制流体流动的欧拉方程，即湍流对流换热优化问题的控制方程，然后 提出动力电池舱风道温度场均匀化强化散热模型。而传统传热学理论对复杂问题较为依赖于数值方法，对动力电池舱内的结构优化一般需要通过试凑法或单参数优化分析，对局部结构提出工程方面的修正方案。 3. 本项目搭建基于红外成像技术的动力电池舱流场试验平台，可有效验证舱内速度场优化对动力电池舱散热性能的提高方面的效果，有别于以往的 CFD仿真流场分析后、提出可行的局部结构优化、而后再进行 CFD 仿真验证的方法。 四、项目取得成果及获奖情况 项目进行过程中，申报专利十项，其中发明专利三项，实用新型专利七项，七项已授权。发表论文两篇，SCI 期刊论文一篇，EI 检索论文一篇。培养硕士和博士生六名。项目验收期间还有一篇EI检索论文发表，项目组获得2020教育部技术发明二等奖。