近年来，随着全球推动碳中和的倡议[1][2]，由牵引电池驱动的电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）逐渐取代了纯内燃机车辆，成为日常出行的主要选择。在各种类型的牵引电池中，锂离子电池（LIB）市场由于具有高能量密度和长循环寿命[5][6]而快速增长[3][4]。预计到2030年，LIB的产量将达到390 GWh[7]。LIB的高倍率充放电能力在多个应用领域已成为关键要求。在EV应用中，高倍率充电不仅缩短了充电时间，还显著提高了效率，有效缓解了续航里程的焦虑[8]。此外，在加速过程中快速供电以及在重负载下持续输出高功率的需求，也要求电池具备优异的高倍率放电性能[9]。在无人机操作中，动态机动和紧急情况下对瞬时功率响应的需求凸显了强大高倍率放电能力的重要性[10]。然而，LIB内部的电化学反应对温度变化非常敏感，其最佳工作温度范围为25–45°C[11]。高倍率充放电导致的过高工作温度会加速电池老化，并可能引发热失控，带来火灾或爆炸的风险[12]。因此，有效的电池热管理系统（BTMS）对于确保牵引电池的高效、稳定和安全运行至关重要。
根据BTMS中使用的传热介质，常见的冷却技术可分为空气冷却[13]、液体冷却[14]、相变材料（PCM）冷却[15]以及结合这些方法的混合技术。由于空气冷却具有重量轻、成本低、维护简单和电气安全性高等优点，成为早期电动汽车BTMS的主要选择。在此期间，研究人员通过改进电池模块布局[16]、气流通道设计[17]和控制气流方向[18]等方式在一定程度上提高了空气冷却的效果。然而，由于空气的热导率较低，受环境温度限制，以及牵引电池对高能量密度和高充放电率的需求，强制空气冷却无法始终将电池温度维持在最佳工作范围内[19][20]。PCM利用固液相变过程中的潜热来调节电池温度上升并提高温度均匀性。大量研究致力于通过添加膨胀石墨（EG）、金属泡沫、鳍片和碳化硅（SiC）等材料来提高PCM的热导率，以充分利用其热存储能力[21][22]。然而，一旦PCM完全熔化进入液态，它们就无法再吸收电池产生的额外热量。
基于液体的BTMS凭借其高热导率和优异的散热能力，在电动汽车中得到了广泛应用[23]。这些系统分为间接接触液体冷却和直接接触液体冷却两种类型。间接液体冷却系统通常使用水基冷却剂在冷板或管道中循环，以实现更好的电池冷却效果[24]。现有研究探讨了通道数量[25]、通道几何形状[26][27][28]和鳍片集成[29]等因素对整体传热效率的影响。为了解决沿流动方向冷却剂温度梯度导致的温度不均匀问题，研究人员提出了包括方向梯度通道[30]、可变接触面积设计[31]和调制传热路径[32]等缓解策略。
直接液体冷却BTMS（也称为浸没冷却）使用电绝缘的介电液体与电池单元直接接触。由于界面热阻显著降低，ICS在极端条件下（如高充放电率、电池单元间距狭窄、环境温度升高和热失控情况下）表现出明显优势[33][34]。Jithin等人[35]分析了不同介电流体对BTMS冷却性能的影响，研究表明所有评估的流体都能在电池模块内实现良好的温度均匀性，其中具有高比热容和热导率的流体在高放电率下对LIB冷却特别有益。相反，流体粘度显著影响了泵送功率的需求。Li等人[36]比较了浸没冷却和强制空气冷却的性能，结果表明，在3C放电条件下，浸没冷却使电池最大温度降低了19.6°C，而能耗仅为强制空气冷却的40.37%。Choi等人[37]评估了传统间接冷却与浸没冷却在3C充放电循环下对高能量密度电池的热管理效果，发现浸没冷却使最大温度降低了6.7°C，温差降低了3.0°C，同时有效缓解了热滥用条件下的温度上升。
此外，为了解决ICS中流动停滞区域导致的局部过热问题并进一步提高BTMS的冷却性能，Febriyanto等人[37]采用了导流板来限制流体流动轨迹，实现了更均匀的流线分布。Gao等人[38]设计了带有鱼形孔的导流板，研究表明与传统的平板相比，带有圆形和鱼形孔的导流板分别使电池最大温度降低了9.2%和12.2%，同时将最大温差控制在5°C以下。此外，鱼形孔配置的泵送功率需求最低。还有一些研究人员尝试通过结合其他冷却方法来提高BTMS的冷却性能。Song等人[39]将喷射冲击技术与ICS结合，针对热点区域进行定向喷射，结果表明这种组合方法使最大温度和平均温度分别降低了26.41%和10.61%。在此基础上，Bai等人[40]提出了分流结构，以减轻下游出口部分的局部过热和热量积聚。他们的研究发现，优化后的分流结构使最大温度降低了5.31K，温差降低了9.66K，同时仅使能耗增加了0.76%。Wang等人[41]在静止的介电液体中插入冷却管，主动带走电池产生的热量。他们的研究表明，在2C放电条件下，这种浸没冷却结合嵌入式管子的配置在整个1800秒内将电池温度保持在35°C（最佳工作阈值）以下。与自然对流和标准浸没冷却相比，该配置将最佳工作时间分别延长了150.3%和45.7%。随后，Hu等人[42]基于Wang的工作[41]设计了非均匀的冷却管分布，不仅增强了局部散热，还提高了电池模块的整体温度均匀性。
上述文献综述表明，尽管研究人员提出了许多新颖的设计来提高浸没冷却系统的冷却性能，但仍存在以下限制：
1)大多数研究集中在低容量和低充放电率的电池模块上。然而，在高容量电池单元高充放电率运行时，局部流动不足会导致电池模块表面过热现象更加明显。
2)虽然间接冷却与电池单元的接触面积有限，但其针对电池接口的冷却能力可以补充ICS，从而缓解局部流动不足的问题。
3)尽管鳍片在BTMS中广泛用于增强表面传热，但关于电池表面鳍片分布模式对ICS冷却性能影响的研究仍不足。
因此，本研究提出了一种复合浸没冷却系统（GBF-ICS），该系统同时结合了导流装置、底部液体冷却和鳍片壳体，以满足高容量电池在高倍率充放电条件下的安全工作温度要求。其次，本研究创新地将底部液体冷却板集成到浸没冷却系统中，旨在验证和阐明这种间接冷却方法如何有效缓解浸没冷却中的局部流动不足问题，从而实现协同互补。最后，对不同鳍片分布模式对复合系统冷却性能的影响进行了系统分析，旨在为浸没冷却系统中电池外壳的优化提供直接的理论基础和设计指导。
