大容量锂离子电池组热管理系统设计与仿真优化

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储能系统是现代电力系统的重要组成部分,它在电网削峰填谷、平滑负荷、改善电能质量等方面发挥着重要作用,也为大规模可再生能源发电并网提供了可能。电池储能系统是储能系统中的最具优势的类型之一,而锂离子电池凭其突出的优势,在电池储能系统的应用中受到越来越多的重视。   但是,锂离子电池工作性能、循环寿命以及安全性均受温度影响,温度过高、过低或者温度不均匀性过大都将导致锂离子电池容量衰减加剧和循环寿命缩短等问题,若温度达到电池热失控温度阀值而触发电池热失控,甚至有燃烧和爆炸的危险。因此在电池储能系统中对锂离子电池进行有效的热管理,从而保证整个电池储能系统的安全、高效运行是相当重要的。   本文结合广东省产学研重点项目“智能电网大容量储能系统关键技术研发及示范”,以锂离子电池组热管理系统为研究对象,运用实验与仿真相结合的方法,研究了电池热物性测定问题、锂离子电池子模块最佳组成问题和锂离子电池组散热结构优化问题。   首先,设计电池热物性测定实验方案并搭建实验平台,测定研究所涉及的锂离子电池单体的比热容、生热速率、导热系数等参数。   其次,运用仿真的方法研究锂离子电池模块的最佳组成问题并进行实验验证,综合考虑电池最高温度的限制、温度场的均匀性要求以及经济性的要求,确定双电池模块最优。   再次,运用正交试验法设计电池组散热结构参数优化试验方案,研究电池组间距递减幅度、上集流板倾斜角度、下集流板倾斜角度等结构参数的变化对电池组温度场、流场以及进出口压力的影响规律,确定电池组最优结构:间距递减幅度以0.3mm,上集流板倾斜0°,下集流板倾斜5°。   最后,运用仿真的方法研究具有最优结构电池组在2C、1C、0.5C放电过程的温度变化特性,电池组的最高温度及温度场均匀性均能满足要求。
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