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引文信息
刘周斌, 朱涛, 姜巍, 等. 储能锂离子电池包冷却系统的数值模拟与结构优化[J]. 中国电力, 2023, 56(10): 202-210.
LIU Zhoubin, ZHU Tao, JIANG Wei, et al. Simulation analysis and structure optimization of cooling system for energy storage lithium-ion battery pack[J]. Electric Power, 2023, 56(10): 202-210.
(来源于微信公众号“中国电力”)
摘要
储能电池包的热管理设计是保证储能系统安全运行的重要因素。基于STAR-CCM+平台对不同冷却方式的储能电池包进行结构优化。对比分析了传统间接式液冷、浸没式冷却以及优化后浸没式模型的散热性能,为浸没式储能电池包的设计和开发提供了重要参考。通过仿真与实验对比,验证了所提模型的准确性,所提方法可为储能锂离子电池包热管理设计提供指导。
结论
根据储能电池包额定电压应用需求,设计了传统间接式液冷、2支路浸没式冷却以及优化后5支路浸没式冷却的1P52S储能电池包。通过仿真对比分析3种电池包模型在相同工况下的温度性能表现,得出如下结论。
1)在1 C放电倍率下,对单电芯进行温度测试与热仿真,实验值与仿真结果最大误差在5%以内,验证了仿真模型的可靠性。
2)在初始环境为25 ℃,进口流量为12 L/min,温度为25 ℃,放电倍率为1 C工况下,间接式液冷电池包最大温度达到38.28 ℃,整包最大温差达到9.52 ℃,截面最大温差为9.30 ℃,电芯顶部与底部温差最大。
3)在相同工况下,2支路浸没式冷却电池包最大温度达到35.59 ℃,整包最大温差达到9.43 ℃,截面最大温差为4.17 ℃。相比间接式液冷,整包最大温度降低了2.69 ℃,整包最大温差略有改善,截面最大温差降低了5.13 ℃,单电芯温度均匀性提升明显,电芯在靠近液冷板侧温度偏低,远离液冷板侧温度偏高。
4)在相同仿真工况下,优化后的5支路浸没式冷却电池包最大温度只有30.69 ℃,整包最大温差为4.88 ℃,截面最大温差为3.29 ℃,相比前2种模型,整包最大温度、最大温差都有明显降低,温度均匀性得到改善,电芯顶部、底部以及两侧温差均较小。
5)在相同进口流量下,间接式液冷压降最大,优化后的5支路浸没式冷却压降最小,支路数量对压降存在一定影响。
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