基于对称双螺旋通道液冷板的储能系统CAT蓄电池热管理的热性能研究

近年来，跟着全球可再生动力行业的快速开展，太阳能和风能已逐步成为动力结构的重要组成部分[1]，[2]。但是，因为这些动力具有间歇性和波动性，迫切需求高效的储能体系以保证安稳的能量输出并优化动力运用[3]。电池储能体系（BESS）可以有用缓解可再生动力供应的不安稳性，经过削峰填谷和调频来进步动力运用功率并保证电网的安稳运转[4]，[5]，[6]。在各种BESS装备中，柜式体系凭仗其模块化规划、占地面积小以及装置便捷等特色，已被广泛使用于各类储能场景[7]，[8]。因为柜式BESS具有高能量密度和持续运转负载的特色，电池热办理体系（BTMS）在保证电池安全运转和延长运用寿命方面发挥着至关重要的效果。这关于有用散发充放电过程中发生的很多热量尤为重要[9]。
现在，BTMS中的冷却技能包含空气冷却[10]、液体冷却[11]、相变资料（PCM）冷却[12]以及热管冷却[13]。空气冷却因其低成本和结构简略而被广泛运用。但是，它往往存在散热效果差的问题，特别是在高功率和高密度的BESS中，会导致冷却不均匀[14]。PCM冷却适用于被迫冷却场景。尽管PCM冷却在某些使用中能供给安稳的温度控制，但其体积庞大约束了它在要求紧凑和轻量化的柜式BESS中的使用[15]。热管具有高导热性，但其杂乱的结构和昂扬的制造费用增加了维护和集成的难度[16]。浸没式和喷淋式液体冷却体系使电池直接触摸冷却剂，实现了高效散热，但对冷却剂绝缘和体系密封的高要求增加了杂乱性和维护挑战[17]，[18]。耦合热办理体系结合了液体冷却、空气冷却和PCM等技能，进步了冷却功能，但受限于其杂乱性和成本[19]，[20]，[21]。相比之下，液体冷却板在电池组外部规划冷却通道，既坚持了高冷却功率又简化了体系结构，使其成为BTMS的干流处理方案[22]。
LCP的流道规划在决议散热功率和温度均匀性方面起着至关重要的效果。优化的流道不仅能明显提升冷却功能，还能下降压力损失和能量消耗，然后延长电池的运用寿命。因而，优化LCP的流道规划已成为进步BESS整体功能的要害因素[23]。近年来，为了提升用于BTMS的LCP功能，人们提出了几种立异的流道规划，具体的规划方案和要害研讨结果如表1所示。如表1所示，这些LCP规划一般仅适用于少量的电池单元。当使用于大规模储能电池组时，它们需求选用并联或串联装备。假如将小型LCP串联，会导致更高的活动阻力、更低的能量功率以及更大的进出口温差。假如选用并联排列，可能会呈现流量散布不均的状况，然后对电池组的温度均匀性发生负面影响。此类规划不仅增加了BTMS的杂乱性，还下降了电池组的能量密度，进一步约束了它们在BESS中的使用。此外，表1中展现的LCP规划主要旨在处理电池在高放电倍率下发生的高温问题。为了满意动力电池的高放电电流需求，现有的规划te...
BESS中螺旋通道LCP的有用性已得到验证。Guo等[30]为1P12S LFP电池模组规划了一种单螺旋通道LCP。经过对储能集装箱的全尺度仿真剖析，证实了该规划在BESS中的可行性，标明其可以下降BESS内的峰值温度和温度不一致性。Bao等[31]对15种不同的新式LCP进行了比照剖析，发现具有串联螺旋通道结构的环形LCP在进气流量较高时，换热表面温度的标准差最低且散热功能最佳，有用满意了BESS的温度均匀性要求。但是，这种优异的功能导致泵功耗明显增加。相比之下，横向平行通道LCP所需的泵功耗仅为环形LCP的0.26%。因为相同尺度下螺旋通道的流路比平行通道更长，将其串联会进一步加剧活动阻力的增加，这与BESS的能量功率要求相矛盾。
受Bao和Guo[30]、[31]研讨工作的启发，本文提出了一种用于BESS机柜中1P52S电池组的新式对称双螺旋通道LCP。与参考文献中的螺旋通道相比，本工作经过对称平行结构扩展了LCP的尺度，并优化了流道角落形状，以进一步进步活动均匀性并下降活动阻力。该通道规划平衡了活动均匀性和低能耗，在进步冷却功率的一起有用减小了电池单体间的温差。这填补了现有文献的空白，即现在缺少适用于储能BTMS的高效、低阻力LCP规划。建立了所提出的LCP以及现有的蛇形和双平行通道LCP的热办理模型。进行了数值模拟以比较这些LCP的活动和传热特性，并进一步剖析了不同通道结构对电池组在0.5C充电条件下冷却功能、温度均匀性和能耗的影响。经过体系剖析，本文证明了对称双螺旋通道规划在进步冷却功率、下降活动阻力和增强温度均匀性方面的明显优势，为BESS液冷技能的进一步研讨供给了宝贵的规划思路。