基于蜂窝结构复合液冷相变材料的软包锂离子电池热管理数值研究

2023年7月12日 浏览：1783 收藏：2
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来源 |  Journal of Energy Storage



01

背景介绍

锂离子电池在电压、能量密度、自放电率和循环寿命方面与其他储能电池相比具有不可替代的地位，广泛应用于电动汽车和储能系统中。随着电池材料和结构的发展，锂离子电池的能量密度也在不断提高。随着电池能量密度的不断提高，对电池的热安全性提出了更高的要求。然而，锂离子电池的性能和寿命受温度影响很大。低温会减慢化学反应速率，增加内阻并降低锂离子电池的容量。高温加速电池结构件的老化，降低电池性能和寿命，降低热安全性，甚至引起电池热失控。

电池系统由许多电池单元组成，因此需要开发高性能的电池热管理系统，使电池保持在最佳工作温度范围内，并将电池之间的温差控制在一定范围内。此外，对于大型电池，需要减小单体电池不同部位之间的温差，以减少热应力对电池结构的破坏。目前，锂离子电池的热管理技术可分为主动冷却、被动冷却和混合冷却三种形式，常见的主动冷却方式包括强制风冷和液冷。



02

成果掠影

基于蜂窝结构复合液冷相变材料的软包锂离子电池热管理数值研究的图2

近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所田爽老师团队针对锂离子软包电池模块的温升和温差问题，提出了一种新型混合液体和相变材料（PCM）蜂窝结构的电池热管理系统（BTMS）。开路电压（OCV）、内阻、开路电压温度导数、比热容和导热系数电池的性能是通过实验获得的。

对比风冷、PCM冷却和混合冷却三种BTMS，发现使用风冷方案电池温度超过工作温度，而液体PCM冷却（LPCM）的混合冷却方案可以有效控制电池的最高温度。当冷却液流速为0.06 m/s、入口温度温度为36℃，电池的最高温度和最大温差分别为42.3℃和4.3℃，LPCM具有最佳的热管理性能。结果表明，BTMS数值模型可为采用混合液冷的PCM方案设计提供参考。

相关研究成果以“Numerical study of thermal management of pouch lithium-ion battery based on composite liquid-cooled phase change materials with honeycomb structure”为题发表于《Journal of Energy Storage》。


03
图文导读

基于蜂窝结构复合液冷相变材料的软包锂离子电池热管理数值研究的图3

图1 (a)单元格的几何图形；(b)该模块的原理图；LPCM的(c)爆炸视图；(d) LPCM几何图形

基于蜂窝结构复合液冷相变材料的软包锂离子电池热管理数值研究的图4

图2 测试电池的电气和热性能的实验装置

基于蜂窝结构复合液冷相变材料的软包锂离子电池热管理数值研究的图5

图3 实验数据：(a) OCV vs；SOC在25年℃；(b)dE/dTvsSOC；(c)电池极化内阻和欧姆内阻为25℃

基于蜂窝结构复合液冷相变材料的软包锂离子电池热管理数值研究的图6

图4 (a)电压拟合数值模拟；(b)表面温度拟合数值模拟

基于蜂窝结构复合液冷相变材料的软包锂离子电池热管理数值研究的图7

图5 (a)对LPCM进行网格的网格划分方法；(b)网格独立性测试；(c)时间步长独立性

基于蜂窝结构复合液冷相变材料的软包锂离子电池热管理数值研究的图8

图6 平行相变液冷却板结构

基于蜂窝结构复合液冷相变材料的软包锂离子电池热管理数值研究的图9

图7 PCM、LPCM和平行冷却解决方案的比较；(a)温度；(b)液体的体积分数。


END



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