來源 | Journal of Energy Storage

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背景介紹

鋰離子電池已廣泛應用于電動汽車（EV）和儲能系統（ESS）等領域，其性能直接影響了系統運行的安全與效率。鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、自放電率低、成本低、對環境友好等優點，但它們的性能對溫度非常敏感。熱安全性是限制電池發展的重要因素。通常情況下，電池模塊的最高溫度應保持在288~313 K之間，電池之間的最大溫差應控制在5 K以內，以保證電池穩定運行。

電池熱管理系統的特點主要包括體積小、成本低、安裝簡單、可靠性好等，也分為有源或無源、串聯或并聯等。無論是電池儲能系統還是混合儲能系統，電池都是主要組成部分。充電時，儲能系統充當負載，放電時，儲能系統充當發電機組，并且只能在一定的溫度范圍內放電和儲存電力。電池熱管理系統可以保證電池工作在最佳溫度范圍并保證電芯和模組的溫度均勻性，高溫會加劇電池內部的副反應，影響電池壽命甚至引發熱失控。然而低溫會導致內阻增大、容量下降，進而導致電池性能下降。因此，為了實現電池儲能系統的最佳性能，需要合適的電池熱管理系統。

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成果掠影

近期，吉林大學江彥老師團隊開發了一種高效的電池熱管理系統，可以控制電池模塊的溫度，從而提高整體性能。該研究針對由12節方形LiFePO₄電池組成的電池模塊設計了不同類型的液冷熱管理系統。以計算流體動力學模擬為主要研究工具，提出了從傳熱和流動阻力兩個方面評價冷板性能的參數，以及冷卻面、入口數量和冷卻液方向對其冷卻效果進行了研究。結果發現，當冷卻面為電池之間的A面、冷卻液入口數量為3個時，電池模塊最高溫度可控制在303.6 K，電池間最大溫差為2.3 K。最后，針對單個入口的不同質量流量和不同的充電速率進行了研究，結果發現，當單個入口的質量流量達到一定值時，整體性能最優，為1.2 g/s，設計的熱管理系統能夠滿足3C以下充電倍率的電池模塊的溫度要求（電池模塊最高溫度為313 K，電池之間最大溫差為5 K）。相關研究成果以“Performance analysis of liquid cooling battery thermal management system in different cooling cases”為題發表于《Journal of Energy Storage》。

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圖文導讀

圖1 帶冷板的電池幾何模型

圖2 實驗平臺的原理圖

圖3 實驗原理

圖4 當冷卻面為面A時，帶有冷板的電池

圖5 溫度標量場景

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★ 平臺聲明

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