【摘 要】
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近年来,在“双碳”的背景下,电化学储能技术得以高速发展。锂离子电池因其能量密度高、使用寿命长、自放电率低等优点,在目前电化学储能系统中占据主导地位。电化学储能系统运行过程伴随着锂电池的充电和放电行为,其内部电化学反应会产生大量的热量导致电池温度升高,对电池的性能和寿命造成不利影响,严重时甚至会引发热失控,威胁电化学储能系统安全。因此,设计合理高效的电池热管理系统至关重要。目前鲜有针对电池柜热管理相
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近年来,在“双碳”的背景下,电化学储能技术得以高速发展。锂离子电池因其能量密度高、使用寿命长、自放电率低等优点,在目前电化学储能系统中占据主导地位。电化学储能系统运行过程伴随着锂电池的充电和放电行为,其内部电化学反应会产生大量的热量导致电池温度升高,对电池的性能和寿命造成不利影响,严重时甚至会引发热失控,威胁电化学储能系统安全。因此,设计合理高效的电池热管理系统至关重要。目前鲜有针对电池柜热管理相关研究,本文建立了电池柜风冷散热系统模型,通过CFD模拟方法研究了电池柜风冷散热性能,以及分析了不同因素对散热性能的影响情况。本文的主要研究工作内容如下:（1）对锂离子电池工作原理和产热机理进行了概述,建立了锂离子电池热模型。对电池放电进行了实验,并同模拟结果对比,最大绝对误差仅为1.7℃,验证了电池热模型的有效性。通过模拟研究了不同放电倍率下电池的温度分布情况。（2）建立了单层电池柜,即电池组风冷散热CFD模型,研究了不同放电倍率、进口流量、电池间隙、进口位置大小以及电池组和电池柜壁面距离对电池组散热性能的影响。并给出了不同运行工况下,各放电倍率、电池间隙和进口温度时所需的临界进口流量。结果表明,增大进口流量和电池间隙,以及减小电池组和柜壁距离能有效降低电池组最高温度和最大温差,其中进口流量对散热效果影响最大,其值为0.2m~3/s时,电池组最高温度和最大温差下降至35.4℃和6.9℃。但增大进口流量会导致风机消耗功率增大;增大电池间隙以及电池组和柜壁距离会减小电池柜体积能量密度。（3）对多层电池柜风冷散热进行仿真分析,建立了电池柜风冷散热实验,验证了电池柜风冷CFD仿真方法的准确性。仿真研究了不同送风方式、进口流量、每层电池数量以及电池柜层数对散热性能的影响规律。结果表明,每层单独送风方式散热性能最佳,顶部送风和底部送风对散热影响不大;随着进口流量增大,电池柜最高温度和平均温度降低,但温度均匀性反而变差;增大电池柜每层电池数量以及增加电池柜层数对散热性能影响不大,但可有效增大体积能量密度,每层电池数量从6块增至9块,电池柜从2层增至6层,最高温度和最大温差波动幅度均在2℃以内。
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