本研究目的是透過改變電池排列及電池外形結構以達到改善電動車電池熱管理模組散熱之效果，利用商用軟體CATIA繪製電池組外型，再透過Icepak進行各種不同類型電池組熱流場之計算，最後將結果匯入Tecplot進行分析及討論。吾人維持電池組電池的總發熱量，使用強制對流並給予排風扇固定流率及固定壓力以進行散熱，以k-epsilon standard紊流模型進行模擬。數值模擬結果與純電動車電池組散熱研究進行數值驗證，模擬結果分析顯示，不改變電池外型結構下，僅改變成交錯排列方式會造成電池間流體更難通過：而以分形結構之電池組能於電池流道間產生較大的速度梯度，促使行與行之間的流體流動將電池所產生之熱量帶離，可達到比原電池組更好的散熱效果，並於適當的排列組合下會使電池組溫差減少。

This study investigated the temperature and flow fields of electric vehicle battery thermal management system by a CFD software, Icepak. In order to improve the cooling effect, we changed the fractal shape and the arrangement of the battery cells. We maintained the total heat of the battery cells, used forced convection, gave the fan a fixed flow rate and fixed pressure for heat dissipation, and simulated with the k-epsilon standard turbulence model. The numerical simulation results were verified by Heat Transfer Simulation of Electric Vehicle Battery Pack. The simulation results showed that without changing the shape of battery cells but the arrangement, caused the passage of fluid between the cells become more difficult. However, battery with fractal structure can generate a larger velocity gradient between the battery flow channels, which promotes the fluid to flow between the rows, can achieve better heat transfer than the original battery pack, and in the appropriate arrangement can reduce the temperature difference in the battery pack.

目錄
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VIII
第一章	緒論 1
1.1前言 1
1.2電池與熱管理系統的研究背景和發展 2
1.2.1電動車電池性能 2
1.2.2電動車熱管理系統 4
1.2.3電池組散熱系統 6
1.2.4電池組加熱系統 10
1.3電池熱管理系統功能 11
1.4分形結構 12
1.5研究動機 15
第二章 數學及理論分析 16
2.1概論 16
2.2 Icepak 17
2.3基本假設 19
2.4統御方程式 20
2.5 k-ɛ紊流模型方程式 21
2.6熱傳簡介 23
2.7有限體積法 26
第三章 數值模擬物理模型 27
3.1模型建立 27
3.2網格建立 31
3.3邊界條件給定 32
3.4求解器設定 33
3.5求解步驟 34
第四章 結果與討論 36
4.1數值驗證 36
4.2網格獨立性測試 38
4.3結果 40
4.3.1速度場比較 41
4.3.2溫度場比較 51
4.3.3 各類型高溫、均溫、低溫一覽 59
第五章 總結與未來展望 63
5.1結論 63
5.2建議與未來展望 65
參考文獻	66
附錄A 68

圖目錄
圖1-1電池管理系統結構示意圖 4
圖1-2強制對流散熱/加熱裝置示意圖 6
圖1-3液體冷卻系統示意圖 7
圖1-4製冷劑直接冷卻系統示意圖 7
圖1-5 PCM結構圖 8
圖1-6電池組使用相變材料溫度變化的情形 8
圖1-7電熱模塊示意圖 9
圖1-8電池組安裝熱管示意圖 9
圖1-9全尺寸汽車和小玩具車於太陽下的表面溫度分布 13
圖1-10遮陽板分形結構示意圖 14
圖1-11(a)圖中數字與圖1-10編號一樣(b)熱成像快照 14
圖2-1 Icepak結構圖 18
圖2-2有限體積法二維控制體積示意圖 26
圖3-1參考文獻中電池組模型，其中紅色部分為進風口、黃色為電池控制單元、綠色為排風扇 29
圖3-2物理模型上視剖面圖：(a)類型一；(b)類型二；(c)類型三；(d)類型四、五；(e)類型六、七；(f)類型八。 30
圖3-3 Icepak模型建立圖 31
圖3-4電池散熱模組網格生成 32
圖3-5數值模擬流程圖 35
圖4-1驗證模型流線圖 37
圖4-2林國楨速度場模擬結果(Y=0.085m剖面) 37
圖4-3驗證模型速度場模擬結果(Y=0.085m剖面) 38
圖4-4電池單元模型 39
圖4-5電池單元模型網格 39
圖4-6類型二、類型三電池編號(以類型二為例) 40
圖4-7其餘類型電池編號(以類型六為例) 40
圖4-8類型一速度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 41
圖4-9類型一速度場模擬結果(Y=0.3125m剖面) 42
圖4-10類型一中央流道速度值(Y=0.3125m，Z=0.075m) 42
圖4-11類型二速度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 44
圖4-12類型三速度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 44
圖4-13類型二、類型三中央流道速度值(Y=0.3125m，Z=0.075m) 45
圖4-14類型四速度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 46
圖4-15類型五速度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 46
圖4-16類型四、類型五流道中心速度(於Y=0.3125m，Z=0.075m) 47
圖4-17類型六速度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 48
圖4-18類型七速度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 49
圖4-19類型八速度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 49
圖4-20類型六、七、八流道中心速度(於Y=0.3125m，Z=0.075m) 50
圖4-21類型一溫度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 51
圖4-22類型一溫度值(於Y=0.3125m，Z=0.075m) 51
圖4-23類型二溫度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 52
圖4-24類型一溫度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 53
圖4-25類型一、二、三溫度值(於Y=0.3125m，Z=0.075m) 53
圖4-26類型四溫度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 54
圖4-27類型五溫度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 55
圖4-28類型一、四、五溫度值(於Y=0.3125m，Z=0.075m) 55
圖4-29類型六溫度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 56
圖4-30類型七溫度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 57
圖4-31類型八溫度場模擬結果(Z=0.085m剖面) 57
圖4-32類型一、六、七、八溫度值(於Y=0.3125m，Z=0.075m) 58

表目錄
表1-1熱管理系統應用 5
表1-2各種散熱介質效果比較 10
表4-1不同紊流模型模擬結果及誤差 36
表4-2各類型電池區域最高溫、均溫、最低溫數值 59
表5-1各類型平均溫度、最高溫度、電池單元均溫差比較 63

參考文獻
[1] Chiu, K., Lin, C., Yeh, S., Lin, Y., Huang, C., & Chen, K. (2014). Cycle life analysis of series connected lithium-ion batteries with temperature difference doi:https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.04.034 
[2] Pesaran, A. A., Vlahinos, A., and Burch, S. D., "Thermal Performance of EV and HEV Battery Modules and Packs" 14th Electric Vehicle Symposium, December 1997. 
[3] Vlahinos, A., Kelly, K., Rugh, J., and Pesaran, A., "Improving Battery Thermal Management Using Design for Six Sigma Process," EVS-20., Long Beach, CA, Nov. 15-18, 2003. 
[4] Pesaran, A., Kim, G. -H., and Keyser, M.," Integration Issues of Cells into Battery Packs for Plug-in and Hybrid Electric Vehicles, EVS-24, Stavanger, Norway, May 13-16, 2009. 
[5] 沈帥（2013）。純電動汽車電池箱熱特性研究及熱管理系統開發(碩士論文)。吉林工業大學精密儀器與機械學系，中國。
[6] G. Berdichevsky, K. K. (2006, Aug. 16). The Tesla Roadster Battery System. Retrieved from https://put.edidomus.it/auto/pdf/news/tesla_roadster_battery_lithium.pdf
[7] M. ZolotA. Pesaran and M. MihalicA. (2002). Thermal Evaluation of Toyota Prius Battery Pack. National Renewable Energy Laboratory.
[8] T. GrayWishart, M. ShirkJ. (2016). 2011 Nissan Leaf VIN 0356 Electric Vehicle Battery Test Results. U.S.: The Idaho National Laboratory.
[9] Battery Pack Laboratory Testing Results. (2016, 07 04). Retrieved from Library - Alphabetical: https://avt.inl.gov/sites/default/files/pdf/fsev/batterySoul1918.pdf
[10] BEV Battery Testing Results. (2014, 08 07). Retrieved from Library - Alphabetical: https://avt.inl.gov/sites/default/files/pdf/fsev/batteryiMiev4550.pdf
[11] PHEV Battery Testing Results. (2014, 08 07). Retrieved from Library - Alphabetical: https://avt.inl.gov/sites/default/files/pdf/phev/batteryVolt4313.pdf
[12] Johnsee Lee, K. W. (1986). Three-Dimensional Thermal Modeling of Electric Vehicle Batteries. Journal of The Electro-chemical Society(133(7)), pp. 1286-1291.
[13] Jiling Li, Z. Z. (2014). BATTERY THERMAL MANAGEMENT SYSTEMS (BTMS). In Battery Thermal Management Systems of Electric Vehicles (pp. 13-19). Göteborg, Sweden.
[14] Riza Kizilel, R. S.-H. (2009). An alternative cooling system to enhance the safety of Li-ion battery packs. Journal of Power Sources(194), pp. 1105-1112. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.06.074.
[15] Stuart, T. A., & Hande, A. (2004). HEV battery heating using AC currents doi:https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2003.10.014
[16] Mandelbrot, B. B. (1983). The fractal geometry of nature.	
[17] Sakai S. (2016) Urban Heat Island and Fractal Sunshade. In: Sakai Y., Vassilicos C. (eds) Fractal Flow Design: How to Design Bespoke Turbulence and Why. CISM International Centre for Mechanical Sciences (Courses and Lectures), vol 568. Springer, Cham
[18] 林國楨. (2009). 純電動車電池組散熱研究. 機械工業雜誌, 42-52.
[19] ANSYS, Inc. (2013). What is ANSYS Icepak? In ANSYS Icepak User's Guide (pp. 7-13). U.S.: ANSYS, Inc.
[20] 李人憲，有限體積法基礎，北京國防工業出版社，2005。