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本文亮點：1.今朝對于液冷儲能電池包在極限環境下的熱適應性研討較少，而這方面恰好是儲能電站面臨的主要困難之一，本文所研討的極限環境熱適應性應具有較高價值；2.今朝對Skoda零件于已經投產實用的液冷鋰離子電池包所做的全周期熱測試研討較少，本文較完全地供給了該實驗數據，可以供相關行業內研討人員參考。
（本文來源：微信公眾號 儲能科學與技術 ID：esst2012）
摘 要 對液冷儲能電池包進行室溫環境下熱仿真剖析，與雷同工況下電池包熱測試結果進行對比剖析，并結合實際工藝程度對熱仿真參數進行調整以賓士零件對標測試結果，保證測點的仿真值與實驗值誤差在1 ℃之內。應用雷同熱仿真參數對高溫及低溫的極限環境工況對電池包進行熱仿真計算，此中高溫工況電芯發熱狀態為放電末態汽車零件進口商，低溫工況為電芯靜置狀態。計算結果表白高溫工況下電芯均勻溫度為39.2 ℃，最高溫度為41.2 ℃，低溫工況下電芯均勻溫度為7.8 ℃，最低溫度為3.7 ℃，表白該型液冷電池包產品在極限環境下均可以讓電芯處在正常任務溫度區間。運用本文所述熱仿真方式可以較為周全地剖析電池包在極限環境下電池包的熱狀態，在實驗本錢較高或條件無法滿足的情況下評估儲能系統熱機能。
隨著國家對動力問題及環境問題的愈發重視，可再生動力和清潔動力獲得了更好的發展，在國家動力結構占比中越來越年夜。在此佈景下，新型儲能電站獲得鼎力推廣，此中以鋰離子電池儲台北汽車材料能占重要位保時捷零件置，今朝占比達90%以上。相較于其他情勢儲能，鋰電池儲能具有本錢低、效力高、環境適應性強、安裝存儲便利等優勢，但其平安性和應用壽命一向是業內研討的重難點。由于鋰電池結構和資料的特別性，其對運行溫度有著較高的請求，溫度較高時會加速電芯內部副反應的產生，以致于誘發熱掉控、熱舒展等Audi零件變亂，低溫時電芯內阻增添，鋰離子更易析出，會下降電池包應用斯柯達零件壽命。
當前在儲能領域，對于電池的熱治理系統，更多的是關注在室溫狀態下包內電芯所處溫度狀態，劉周斌等應用數值模擬評估了室溫下儲能電池包分歧冷卻方法和結構對散熱機能的影響，并對冷卻流道進行了優化設計，下降了電池包溫升和溫差。但實際上儲能電站在分歧氣候區域都有應用，例如新疆等地夏日氣溫可達50 ℃以上，而南方地區夏季最低溫度普通都在-20 ℃以下，這就請求儲能電站熱治理系統在寬溫場景下仍可保證其容量穩定性和平安性，在這樣的環境工況下，電池包內電芯能否仍可處在正常任務溫度下值得深刻研討。李岳峰等研討了分歧海拔高度下風冷電池包的熱特徵，結果表白，海拔高度的晉陞會導致電芯溫汽車空氣芯升和溫差分歧水平地增添；劉磊等通過搭建低氣壓測試平臺，研討了風冷電池包在分歧海拔高度下的熱特徵，結藍寶堅尼零件果表白電池包的散熱機能和熱穩定性隨著海VW零件拔高度降低而下降。而對于今朝廣泛應用的液冷電池包在極端工況下的熱適應性還少有研討。
針對上述情況，本文選取本公司某液冷電池包為研討對象，測試其在室溫環境下的溫升情況，然后在雷同水箱水工況下對該型電池包做數值模擬熱仿真剖析，調整此中的不成控參數以對標實驗結果，應用雷同的熱仿真參數及設置對電池包進行高溫及低溫工況下的熱仿真剖析，最后依據剖析結果評估電池包在寬溫場景下的適應性，并水箱精對熱治理系統提出了若干優化建議。
1 研討對象及工況
本文研討她希望伴侶能陪伴在身邊、照顧家庭，但陳居白處於對象為公司自研儲能電站3.72 MWh液冷儲能系統中單個電池包主體，含4×12=48個單體電芯，單個電芯容量280 Ah，冷卻方法為底部液冷，冷卻液進出口分布在同側，液冷板上概況涂覆絕緣漆，然后與電芯之間以導熱結構膠黏接。電芯按正負極交錯擺列，每個匯流排分別與電芯的正、負極焊接。根據熱治理系統設定，液冷板進口流量為5 L/min，進口溫度20 ℃，介質為50%乙二醇水溶液。
圖1 儲能電池包模子
對于計算模子，與數值模擬熱仿本相關性較小的部件以及線束等進行了省略，對端板、PC板等結構件的圓角、窄縫作簡化處理。發熱該電池包充放電速度為0.5C，整油氣分離器改良版個充放電過程中單個電芯發熱功率會隨著容量變化，由于實驗測得的溫度最高點凡是在放電過程的最后半小時，本研討以放電過程最后半小時的均勻發熱功率為準，此狀態下單個電芯發熱功率約12 W，匯流排電流為140 A，表1列出了本研討的重要工況參數。
表1 工況參數
2 數值模擬及實驗
2.1 室溫工況熱仿真計算
在上述工況下將計算模子導進數值模擬軟件進行熱仿真計算，發熱源為電芯、匯流排和銅牌，此中電芯發熱功率按12 W計算，匯流排和銅排根據所供給電流鉅細進行電熱仿真得出，單個匯流排發熱在0.4 W擺佈，單個銅排發熱功率在0.8～2.2 W，其余均為導熱部件，重要熱相關參數見表2。
表2BMW零件 重要導熱部件熱相關參數
按所述工況及資料參數對電池包做熱仿真剖析獲得溫度分布云圖如圖2所示，環境溫度為常溫25 ℃。由圖可以看出，電池包后端兩個銅排溫度相對較高，這是由于這兩個銅排長度較長且厚汽車零件貿易商度較前端銅排厚度小0.5 mm，導致電阻與其他過流部件比擬較高，發熱較明顯。由于電池BM賓利零件S熱治理Bentley零件系統的PTC溫感測點都位于匯流排上概況，故提取匯流排的概況溫度數據作為重要研討對象，結果顯示匯流排概況最高溫度為35.6 ℃，最低溫度為31.5 ℃。
圖2 常溫下電池包溫度分布
2.2 室溫工況溫升實驗
對電池包做溫升看起來不像流浪貓。」實驗，實驗室開啟空調堅持2汽車冷氣芯5 ℃恒溫，溫度由電池包集成的BMS系統自動采集，匯流排概況間隔布置有16個溫感測點，每隔2～3個匯流排布置有一個測點，如圖3所示。液冷板進出水口分別與水冷機出水口、回水口連接，水冷機出水溫度堅持20 ℃恒溫。依照實際應用場景請求，以0.5C充放電倍率進行一個充放電循環，此中充電結束后靜置半小時再進行放電，熱測試結果如圖4所示。
圖3 熱測試電池包樣品
圖4 熱測試溫度變化曲線
提取各個測點放電進程的最后半小時的均勻溫度與3D穩態仿真結果進行對比驗證，見表3，除了T1與T16外，仿真值比實驗值超出跨越1 ℃擺佈，此中最年夜誤差在T13測點，仿真值比實驗值低了1.24 ℃。T1與T16為總正與總負的銅排連接處，由于螺栓預緊力和絕緣膠套方面的關系，發熱量計算比擬于實際值略小，導致仿真得出的溫度數據略低于實驗值。總體來看，可認為按此方式和參數得出的熱仿真數據較為靠得住。
表3 熱測試結果與仿真數據對比
2.3 極限工況熱仿真剖析
依據實測數據，如新疆、廣州等地夏日集裝箱內最高環境溫度可達40 ℃擺佈，而南方地區夏季箱內最低環境溫度會降至-20 ℃。本研討取最高溫度45 ℃，最低溫度-20 ℃為極限工況的環境溫度對電池包進行熱仿真剖析，此中高溫工況下電芯發熱量與前述室溫下所取雷同，為放電進程最后半小時的發熱狀態，低溫工況下電芯堅持靜置狀態，發熱功率為0，仿真結果分別如圖5、圖6所示。
圖5 環境溫度45 ℃下電池包溫度分布
圖6 環境溫度-20 ℃下電池包溫度分布
本研討重要評估電池包的Benz零件熱治理才能，故在此極限工況下重要提取電芯本身溫度為重要考核點，以研討極限工況下電芯的平安性和壽命遭到溫度方面影響的水平。據已有研討表白，磷酸鐵鋰電池正常任務溫度在0德系車材料～45 ℃，在此溫度范圍內電池壽命及平安性受溫度影響較小。表3分別為奧迪零件極限高溫、低溫工況下電芯的最高溫度、最低溫度戰爭均溫度，可以看出，在45 ℃和-20 前陣子你媽還說，你都當經理了？」℃的極限環境溫度下，電池包內電芯的溫度仍可堅持在正常任務溫度范圍內。
表3 汽車機油芯極限工況下電芯溫度(℃)
別的，從長期運行的汽車材料角度來看，在某些地區極限工況的持續時間較長，夏季低溫氣溫甚至比-20 ℃更低的情況下，假如按現有底部液冷產品的熱治理才能來評估，還是無法很好地保證電池長期運行帶來的容量衰減率和平安性，是以后續還需求在熱治理戰略及結構設計中進一個步驟優化，好比調整冷卻液進口溫度、改變液冷板設計、選用導熱性更好的導熱資料等，可以在今朝的基礎上進一個步驟進步電池包的熱適應性。
3 結 論
為評估電池包在極限環境工況下的熱適應性，本研討在對標了室溫下熱測試與熱仿真結果的基礎上，分別對電池包進行環境溫度45 ℃和-20 ℃下的熱仿真剖析模擬，研討結果表白：
（1）環境溫度45 ℃工況下，電池包內電芯最高溫度達到41.2 ℃，均勻溫度為39汽車材料報價.2 ℃，尚在磷酸鐵鋰電池正常運行溫度福斯零件范圍內，但對平安性及壽命有必定影響；
（2）環境溫度-20 ℃工況下，電芯最低溫為3.7 ℃，均勻溫度為7.8 ℃，處于電池最佳運行溫度范圍；
（3）考慮到儲能電池包更長期平安地運行，還需求從結構、熱治理、資料等方面進一個步驟優化設計以適用更嚴苛的市場需求。
第一作者：孫琦德系車零件（1989—），男，碩士，工程師，從事儲台北汽車零件能系統熱治理研討，E-mail：Porsche零件sunqi123@ceec.net.cn。
通訊作者：彭豪，工程師，從事電化學儲能系統產品開發，E-mail：penghao@ceec.net.cn。
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