环境污染和能源短缺导致了对高能量密度电池储能系统的需求日益增长。锂离子电池因其具有能量密度高、无记忆效应、无周期性全放电要求、维护性低、充电速度快、自放电速率低等优势,被认为是电动汽车最有前景的选择。然而电池对温度非常敏感,温度不均匀会导致电池局部劣化,温度过高既会降低电池的使用寿命,又会威胁电池的安全,甚至会造成永久性的损坏。因此,为了延长电池的循环寿命和最大限度地提高电池的性能,必须采用电池热管理系统使电池组高效工作。本文首先简要分析了锂离子电池的工作原理和导热机理。对电池进行实验研究,包括充放电温升研究、电池热物性参数提取及生热速率的研究。基于物性参数的确定,建立锂离子电池单体的有限元模型,并进行不同放电电流和换热系数的数值模拟。对比不同放电电流的仿真与实验结果,表明数值模拟结果能较准确地表征锂离子电池实际的温度场情况。其次,针对传统流道结构（并行直流道和蛇形流道）产生的温度梯度,提出一个新颖的双层回转树形流道结构用于冷却锂离子电池。对比研究树形流道与传统的流道结构,凸显树形流道结构泵功耗低和热传递良好的优势。然后数值研究双层树形流道的结构参数（宽度比、长度比、分叉角和流道厚度）及入口质量流量对其热性能和流动损失的影响,获得结构参数的拟合优化曲面,为树形流道设计提供一个具有指导性的范围。为了减小电池模组单体间散热的差异性,将上述流道改进变成一个对称的双层树形流道结构。基于上述结构参数及入口质量流量对流道性能的敏感性分析,采用非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对电池模组液冷系统进行优化设计。选择瞬态性能指标（对流传热系数和表面摩擦系数）以直观地反映液冷系统的热传递过程,同时约束电池模组工作在最佳温度范围内,且单体间最大温差位于最佳范围内。数值计算拉丁超立方抽样点的性能指标值,并采用响应面逼近（RSA）代理模型对目标函数和约束函数近似拟合。帕累托代表解表明通过对结构参数和入口流量的合理设计,可以获得综合性能较佳的电池组冷却系统。