基于可持续发展理念,响应节能减排政策,“油改电”是船舶动力设备转型升级的必然趋势。随着纯电动船舶动力设备不断升级,其电池尺寸和规模逐步大型化,电池的散热问题亟待解决,热管理系统成为当前研究热点。首先,确定动力电池的正极材料为磷酸铁锂、规格为3.2 V 500 Ah,计算单层电池的电化学参数,基于COMSOL Multiphysics软件建立单层电池有限元模型。绘制单层电池的工作电压-放电容量特性曲线、工作电压-时间特性曲线,固、液相锂离子分布曲线和电流分布曲线,验证了所建立锂离子电池模型的准确性。确定换热方案和技术指标,进一步建立动力电池有限元模型、散热装置有限元模型。绘制电池温度-时间曲线,验证了所建立的电化学-热耦合模型的准确性。依据分形理论,构建自相似与拟相似两种仿生分形设计方案,计算确定分形比、分形维数和分形级数,并针对冷板形状设计出仿蜂窝、仿蜘蛛网、仿肺气管、仿树叶四种仿生流道。其次,在不同倍率、不同温度条件下,对所建立的单体电池在充放电过程的热行为进行研究,总结产热规律,为散热器的热特性分析提供数据支撑。以单体电池放电过程为研究对象,研究散热器的散热效果,探索放电倍率、冷却液初始温度、冷却流量、流道进出口数量和位置对电池最大温升和温差的影响规律;分析冷却液的流动特性,查找压降、流速异常点,优化仿生流道的结构设计,确定泵送功率小、温升小的最佳冷却系统控制方案。以大型电池放电过程为研究对象,分析仿生散热器的散热效果,对比四种仿生散热器在控制温升、均匀电池温度方面的优劣,分析四种仿生流道内冷却液流动特性,获得流道结构的节能特性;针对仿蜂窝和仿肺气管两种分形流道的流动特性和换热性能,计算出总泵送功率、总换热量,确定仿生流道的最佳分形结构和分形级数。最后,以最大温升和最大温差为优化目标,以冷却液的成分c、初始温度T、流量q为影响因素,基于响应曲面法,采用Box-Behnken设计,试验结果表明:单一因素对温升的影响:q>c>T,因素的交互作用对温升的影响:qc>q T>c T;单一因素对温差的影响:q>T>c,因素的交互作用对温差的影响:qc>c T>q T。确定影响因素的最佳组合,得出流量q、质量浓度c、初始温度T分别为0.65 cm~3/s、15%、305 K。