中外能源94SINO-GLOBAL ENERGY2022年第27卷储能电站中锂电池的液冷结构设计及优化顾万选，郭韵(上海工程技术大学机械与汽车工程学院，上海201620)摘要在锂离子电池储能装机项目中，锂离子电池在高温环境下极易发生热失控，因此对储能电站中的电池组进行热管理非常有必要。首先建立了电池组的热模型，在此基础上对电池组的风冷效果进行了仿真，结果显示被动散热并不能满足要求，在电池组持续放电的情况下，出现热失控儿乎已成必然。设计了采用全包围式的液冷管道结构的液冷系统，液冷管道与电池直接接触部分采用圆弧面设计，整体管道呈蛇形。仿真验证分析发现，该冷却系统对散热效果的提升非常显著，同时整个电池组所处的温度区间也非常理想。出于经济性的考虑，从降低材料成本出发，对管道面积进行优化缩减，通过增加通道的方式对原结构进行优化改进。仿真验证发现，改进后的结构后散热效果并未下降，更有利于冷却通道自身的散热，结构安全性完全符合要求，因此该方案达到了优化效果。关键词储能电站锂电池热管理液冷散热1前言离子会运动，继而在电池组工作期间形成一定的热作为全球最大的碳排放国，我国的碳排放总量量堆积，因此，热量堆积问题在很大程度上直接影约占全球的三分之一山，其中由能源体系造成的温响了电池使用例。这些热量堆积轻则影响电池的充室气体排放约占总量的90%，但国内资源环境制约放电和寿命，更严重的还能引起失火而危及安全。不断强化等诸多因素都在挑战我们建设清洁低碳、而这实际使用过程中，电池能否工作在最佳状态、安全高效的现代能源体系四。另据统计，中国目前使用寿命能否达到建设需求、应用的安全性能否得的燃煤发电量约占总发电量的60%，电力体制改革到保障都是储能项目关注的重中之重。因此，对电的必要性不言而喻，。而储能电站中清洁可再生能池组进行热管理，设计应用热管理系统来对其进行源占比极高，可以实现对电网的调频、调峰，还可保护就非常重要。显然，只有借助高效可靠的热管以显著提升可再生能源的消纳水平，是构建能源互理系统，才能将电站中的电池组的工作温度控制在联网、推动电力体制改革和促进能源新业态发展的最佳区间，保证其温度分布的均匀性，从而延长电核心基础。池寿命，更能从源头上降低电站使用过程中的危险在电储能装机项目中，锂离子电池的装备率高性，避免火灾事故的出现。达48%9，远远高于其他各类材料所占比率。但是，本文建立了电池组热模型，对其在被动散热方在2018~2019年底短短不到两年的时间里，韩国储式下的风冷效果进行了仿真分析，在此结果的基础能业就发生了20多起火灾事故，其中，大多数都与电池组直接相关向。研究发现，锂离子电池对温度极度敏感，在高温和低温环境下都容易出现热失控，这意味着锂离子电池在夏、冬季节都有出现事故的可能性。但是，在储能电站中，低温问题出现的可能性较低)，在正常情况下需要面临的都是高温带来的不利影响。一般来说，实际工况中最理想的作者简介：顾万途，上海工程技术大李机械电子工程专业2019电池工作温度区间为15~45℃，在这个区间内电池级项士研究生，主要研究方向为智慧储能与电池热管理。的各项性能均可表现优异。电池组的充放电时锂(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第8期顾万选等.储能电站中锂电池的液冷结构设计及优化·95上设计了一个液冷系统，利用仿真验证了其散热效表2锂电池的热物理参数果。考虑该结构需要布置的管道面积非常大，材料成本较高，因此通过缩减面积、增加通道的方式对1C放电倍率下电池发热功率/W0.126原结构进行优化改进，并再次通过仿真进行散热效1C放电倍率下电池体积热/(Wm75691.37果验证。径向导热系数WmK)门轴向导热系数W·mK)]30.142电池组热模型的建立及风冷分析12本研究选用经典的18650型LiFeP04锂电池，其主要参数见表1。在得到上述数据的基础上，开始建立电池组模型。首先，将电池等效成一个均匀发热的圆柱体，同表1锂电池参数时为了方便仿真计算，本文采用4×6的电池模组进值行研究。电池标称电压N3.6电池标称容量(Ah)2.2电池体积/mm316532电池质量/g39电池比热容(kgK)门1200电池内阻/m22热仿真计算中需要的热物理参数包括电池的发热功率和体积热，其计算公式分别为：(1)(2)式中：P为发热功率，W;I为电池标称电压，V;R为电池内阻，：Q为体积热，Wm3:V为电池体积，图1电池模组网格模型m3。仿真时，设置环境温度为35℃，对电池模组进根据以上参数及计算公式可计算出发热功率行1C倍率放电，模拟电池组在随着放电时间不断及体积热，并查得所选电池的导热系数和对流换热增加的情况下温度场的变化。选取t=300s、t=900s系数，整理得所需热物理参数见表2。和t=1500s三个时刻的仿真结果，如图2所示。静态湿度℃静态温度/℃40.3Γ63.698.740.363.598.54063.498.340263.398.10.163.298.063.140.163.097.640.0629440.062.839.962.797.062.696.8(a)=300s(b)t=900s图2环境温度35℃、放电倍率1C条件下电池组的温度分布图通过仿真结果可以清晰地看出：随着放电时间时，整个电池组的温度都超过了60℃，最大温度已的增加，电池组温升非常迅速：在放电仅有300s经达到了62.6℃，相较于300s时的增长了22.7℃：时，电池组的最大温度就已经超出了40℃，而最低放电1500s后，电池组的温度变化则更为明显，模温度也已经接近40℃，但总体而言，电池组尚处在组内最低温度为96.8℃，最高温度高达98.7℃，与比较适宜的温度环境下：但是在放电时间达到900s600s时的结果相比，最低温度增加了34.2℃，最高(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net