Hierarchical thermal modeling and surrogate-model-based design optimization framework for cold plates used in battery thermal management systems
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Notice bibliographique
Résumé
The continued advancement of battery-powered electric vehicles (EVs) towards higher energy and power densities poses significant thermal challenges for batteries. This work proposes a generalized design optimization framework for battery thermal management systems (BTMS), responding to the need for EVs with enhanced battery thermal performance, safety, and lifetime. This framework combines hierarchical thermal modeling and surrogate-model-based design optimization, explicitly tailored for liquid-cooled cold plates commonly used in EV BTMS. The hierarchical thermal modeling component decouples the battery cell, battery module, and cold plate models to reduce computational modeling costs while preserving the relative thermal performance of different cold plate designs. The design optimization component leverages our pioneer deep encoder–decoder hierarchical (DeepEDH) convolutional neural network surrogate modeling methodology to predict the cold plate’s full pressure, velocity, and temperature fields. Computationally efficient DeepEDH neural networks replace costly transient thermal simulations of cold plates and compute the objectives for evolutionary optimization using the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II). This work’s novel modeling and optimization framework produces optimal cold plate designs that consider battery-module-specific design features, including distributed battery cell heat generation, packaging materials, and heat-spreading characteristics. The proposed framework is evaluated through a cold plate design for modular BTMS, thoroughly assessing the impact of optimization objectives, flow path constraints, modeling assumptions, and design variable choices. The results demonstrate the effectiveness of the combined hierarchical thermal modeling and design optimization framework, with the optimized cold plates achieving reductions of 6.26K, 6.29K (22.7%), and 16.16Pa (18.7%) for maximum temperature, maximum temperature difference, and pressure loss, respectively. Moreover, compared to other methodologies that apply direct optimization without hierarchical and surrogate models, our approach significantly reduces the computational cost - from approximately 4800h to 13.5h. Our generalized multi-objective optimization framework is an effective and efficient design tool that can be leveraged to advance thermal management innovations for next-generation battery systems.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle