锂电池储能系统气液耦合双相热管理设计Design of gas-liquid coupled dual-phase thermal management for lithium battery energy storage systems
祝媛,龚木红,徐育钊,王夏雨,孙桐,刘立恒,余中辉
摘要(Abstract)：
锂电池储能系统由于具备高能量密度、长循环寿命、高能量效率以及成本优势，在新型电化学储能技术中受到了广泛的关注。随着储能系统的能量密度不断提升，锂电池在充放电过程中，特别是在高功率情况下，由于电化学反应和本身存在的欧姆内阻，导致产热量也不断增加，这对维护储能系统的安全和寿命带来了一定的挑战。为此，本研究提出基于磷酸铁锂电芯储能电池包的气液耦合双相热管理技术，以解决3C工况下的散热问题，电芯顶部基于强制风冷设计，电芯底部保持原有的间接式底部液冷设计，顶部的空气介质为电池散热后，流入到底部的液冷板进行热交换之后，重新变成低温的气态工质为顶部电池散热。在相同的3C充放电工况下，相比传统的底部液冷的储能电池包温升温差为54℃与15℃,本研究提出的双相液冷电池包的温升46℃、温差为8.5℃,分别降低了8℃与6.5℃。通过传热学的理论分析表明，气态工质的换热面积增加1倍，通过底部的气液双相耦合，底部液冷板的换热能力增加30%,从而实现了储能电池包换热效率从61%提升到75%。最后，通过电芯的寿命仿真预测，气液双相耦合电池包的温升降低，会使得储能电池包寿命增加1 400次左右。本研究结果奠定了热管理设计的理论与工程实践基础，其在提升换热能力、抑制凝露产生方面的核心技术路径，对于高功率电池系统及电子电气产品的热管理设计、运维优化等工程应用起到了关键指导与技术支撑作用。
关键词(KeyWords)： 锂电池;热管理;气液双相耦合;双工质换热
基金项目(Foundation): 广东省重点研发计划(2023B0909020001)资助
作者(Author): 祝媛,龚木红,徐育钊,王夏雨,孙桐,刘立恒,余中辉
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