储能锂离子电池包冷却系统的数值模拟与结构优化

 摘要

  储能电池包的热管理设计是保证储能系统安全运行的重要因素。基于STAR-CCM+平台对不同冷却方式的储能电池包进行结构优化。对比分析了传统间接式液冷、浸没式冷却以及优化后浸没式模型的散热性能，为浸没式储能电池包的设计和开发提供了重要参考。通过仿真与实验对比，验证了所提模型的准确性，所提方法可为储能锂离子电池包热管理设计提供指导。

  结论

  根据储能电池包额定电压应用需求，设计了传统间接式液冷、2支路浸没式冷却以及优化后5支路浸没式冷却的1P52S储能电池包。通过仿真对比分析3种电池包模型在相同工况下的温度性能表现，得出如下结论。

  1）在1 C放电倍率下，对单电芯进行温度测试与热仿真，实验值与仿真结果最大误差在5%以内，验证了仿真模型的可靠性。

  2）在初始环境为25 ℃，进口流量为12 L/min，温度为25 ℃，放电倍率为1 C工况下，间接式液冷电池包最大温度达到38.28 ℃，整包最大温差达到9.52 ℃，截面最大温差为9.30 ℃，电芯顶部与底部温差最大。

  3）在相同工况下，2支路浸没式冷却电池包最大温度达到35.59 ℃，整包最大温差达到9.43 ℃，截面最大温差为4.17 ℃。相比间接式液冷，整包最大温度降低了2.69 ℃，整包最大温差略有改善，截面最大温差降低了5.13 ℃，单电芯温度均匀性提升明显，电芯在靠近液冷板侧温度偏低，远离液冷板侧温度偏高。

  4）在相同仿真工况下，优化后的5支路浸没式冷却电池包最大温度只有30.69 ℃，整包最大温差为4.88 ℃，截面最大温差为3.29 ℃，相比前2种模型，整包最大温度、最大温差都有明显降低，温度均匀性得到改善，电芯顶部、底部以及两侧温差均较小。

  5）在相同进口流量下，间接式液冷压降最大，优化后的5支路浸没式冷却压降最小，支路数量对压降存在一定影响。