本文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的学术报告：
研究作者及机构
本研究的作者包括Ekta Singh Shrinet、Rajesh Akula和Lalit Kumar，他们均来自印度孟买理工学院（IIT Bombay）的能源科学与工程系。该研究于2024年6月28日在线发表在《Journal of Energy Storage》期刊上，文章编号为112726。
学术背景
随着全球对锂离子电池（Li-ion battery）需求的不断增长，电池在运行过程中产生的热量和温度梯度问题日益突出。电池的安全运行温度需控制在40°C以下，温度梯度需小于5°C，以避免热失控（thermal runaway）并延长电池寿命。为了解决这些问题，研究者提出了一种基于可变接触面积（variable contact area）设计的电池热管理系统（Battery Thermal Management System, BTMS），旨在实现电池的安全运行温度和均匀的温度分布。
研究目标
本研究的主要目标是通过优化蛇形通道（serpentine channel）与电池之间的接触面积设计，提升电池热管理系统的性能，特别是降低最大温度（Tmax）和最大温度差（δTmax），同时减少系统重量和冷却液的泵送功率（pumping power）。
研究流程
1. 模型构建与数值分析
研究采用三维计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）模型，模拟了16个18650型锂离子电池与矩形截面蛇形通道的冷却系统。在电池与冷却通道之间引入了导热元件（Heat-Conducting Elements, HCEs），并通过数值分析研究了不同几何设计和操作条件对热管理和温度均匀性的影响。
初步几何设计研究
研究者设计了9种不同的几何结构，分别结合了不同的初始电池接触角度（θ1）和设计流速（vd），以探索这些参数对热管理和温度均匀性的影响。初步研究表明，增加HCEs的接触面积可以有效降低电池的温度梯度。
响应面分析与多目标优化
利用响应面方法（Response Surface Methodology, RSM）建立了输入设计参数（θ1、vd和vc）与输出性能指标（Tmax、δTmax、压力降和HCEs重量）之间的关系。随后，采用非支配排序遗传算法II（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II, NSGA-II）生成了18组潜在的多目标优化解，并通过理想解相似度排序法（Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution, TOPSIS）确定了最佳优化方案。
验证与比较
最佳优化方案与商业化的几何设计进行了对比，结果显示，优化方案在最大温度调节上提高了1.6%，在温度均匀性上显著提升了71.7%。
主要结果
1. 初步设计研究结果
在初步研究中，研究者发现，采用蛇形通道的冷却系统相较于直线通道，能够显著降低电池的最大温度和温度梯度。特别是在蛇形通道中引入HCEs后，Tmax和δTmax分别降低了1.9%和76.7%。
冷却液流速的影响
研究表明，冷却液流速（vc）对电池模块的热性能有显著影响。当vc接近设计流速（2.6 ml/s）时，电池模块的温度均匀性最佳。超过设计流速后，虽然Tmax继续降低，但δTmax却有所增加。
几何参数的影响
通过参数化研究发现，初始电池接触角度（θ1）和设计流速（vd）对Tmax和δTmax有显著影响。较高的θ1值通常能带来更低的Tmax和δTmax，而vd的增加则会在不同流速下表现出非线性的影响。
多目标优化结果
通过NSGA-II和TOPSIS方法，研究者确定了最佳优化方案，其θ1、vd和vc分别为119.95°、2.6 ml/s和5.89 ml/s。该方案在Tmax、δTmax、压力降和HCEs重量之间实现了最佳平衡。
结论
本研究通过引入可变接触面积的HCEs和蛇形通道设计，显著提升了锂离子电池热管理系统的性能。优化后的系统不仅在最大温度调节和温度均匀性上表现出色，还减少了系统重量和冷却液的泵送功率。研究结果为电池设计提供了新的思路，特别是在高放电率和高环境温度下，有效解决了电池热管理中的关键问题。
研究亮点
1. 创新设计
本研究首次将可变接触面积的HCEs与蛇形通道结合，显著提升了电池热管理系统的性能。
多目标优化方法
通过RSM、NSGA-II和TOPSIS等多目标优化方法，研究者成功实现了对Tmax、δTmax、压力降和系统重量的综合优化。
显著性能提升
优化方案在最大温度调节和温度均匀性上分别提高了1.6%和71.7%，为电池热管理系统的设计提供了重要参考。
其他价值
本研究的成果不仅具有重要的科学价值，还为电动汽车（Electric Vehicle, EV）和混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle, HEV）的电池热管理系统设计提供了实际应用价值。通过优化电池热管理，可以有效延长电池寿命，提升车辆性能和安全性。
以上是对该研究的详细报告，涵盖了研究的背景、流程、结果、结论及其科学和应用价值。