來源|Journal of Energy Storage

01

背景介紹

2023年2月，歐洲議會(huì)通過法案，從2035年開始停止銷售燃油車。電動(dòng)汽車（EV）和混合動(dòng)力汽車（HEV）具有環(huán)保和能源可再生的優(yōu)勢，是替代的最佳選擇。與燃油車。鋰離子電池（LIB）由于具有高能量容量、低自放電率和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，溫度嚴(yán)重影響鋰離子電池的容量和壽命。較低的溫度可能導(dǎo)致電池退化，而較高的溫度可能引發(fā)熱失控，從而造成安全隱患。

當(dāng)前，對(duì)BTMS的研究根據(jù)冷卻方式主要分為風(fēng)冷、液冷、相變材料（PCM）冷卻等三大類。風(fēng)冷具有結(jié)構(gòu)簡單、易于封裝、維護(hù)成本低、能耗低等特點(diǎn)。雖然提供相對(duì)較低的熱交換能力，但該冷卻系統(tǒng)在 LIB 系統(tǒng)中得到了很好的采用，對(duì)在較高電流速率下進(jìn)行快速充電和放電操作的要求不高。液冷式一般傳熱系數(shù)較高，溫度分布均勻，根據(jù)電池表面是否與傳熱流體直接接觸，液冷方式一般分為直接接觸式和間接接觸式液冷。與間接接觸冷卻相比，直接接觸液體冷卻使用介電流體有效地去除電池?zé)崃浚哂泻艽蟮木o湊性和高冷卻速率，但在商業(yè)應(yīng)用中可能不實(shí)用。另一方面，間接接觸冷卻更容易實(shí)施，并且使用較低粘度的流體以減少泵功率需求，并且已被廣泛采用和研究，具有液體冷板（LCP），波浪管和熱管。PCM 冷卻本身是一種被動(dòng)熱管理類型，具有運(yùn)行成本較低和溫度均勻性較高的優(yōu)點(diǎn)。PCM 冷卻使用大量潛熱，這些潛熱可以存儲(chǔ)在材料中以維持電池溫度，并能夠降低 LIB 電池組的最高溫度和溫差。然而，純PCM由于導(dǎo)熱系數(shù)較低，容易產(chǎn)生過多的熱量積累，從而大大增加了熱系統(tǒng)的重量。將泡沫金屬和翅片應(yīng)用于 PCM 被動(dòng)冷卻中，以增強(qiáng) PCM 的傳熱，證明 PCM、泡沫金屬和翅片的組合可以有效提高 LIB 的熱性能并將溫度保持在較低水平。在 PCM 壁上耦合了石墨烯增強(qiáng)的高導(dǎo)熱金屬隔板，該系統(tǒng)可以有效地將 4C 充電期間的最高溫度限制在 55°C 以下。與風(fēng)冷和 PCM 相比，液冷方法通常被設(shè)定為基準(zhǔn)并廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)，鋰離子電池 (LIB) 組的液體冷卻系統(tǒng) (LCS) 對(duì)于延長電池壽命和提高電動(dòng)汽車 (EV) 可靠性至關(guān)重要。

02

成果掠影

近期，上海理工大學(xué)Lei Sheng團(tuán)隊(duì)將電池組的熱分布控制在每個(gè)新設(shè)計(jì)的 LCS 的理想水平內(nèi)，建立了專用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和LCS模型以及EV動(dòng)力學(xué)模型，以精確確定組件的最佳匹配參數(shù)和系統(tǒng)的運(yùn)行控制策略。結(jié)果表明，在常規(guī)條件下，實(shí)驗(yàn)與模擬之間的偏差在 3.0% 以內(nèi)。更高的

流量和更低的入口溫度導(dǎo)致更低的電池溫度，同時(shí)延遲冷卻干預(yù)可以降低功耗20%左右。采用響應(yīng)面法結(jié)合遺傳算法Ⅱ進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，進(jìn)一步降低功耗2750W，正常1C放電時(shí)電池溫度30.83℃ 。此外，本優(yōu)化還展示了驅(qū)動(dòng)循環(huán)下電池溫度和功耗之間的良好平衡解決方案。結(jié)合實(shí)驗(yàn)和仿真，這項(xiàng)工作對(duì)于為 EV 的 LIB 包設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)秀的 LCS 是有價(jià)值的。相關(guān)研究成果以“Numerical-experimental method to devise a liquid-cooling test system for lithium-ion battery packs”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。

03

圖文導(dǎo)讀

圖1 LCS結(jié)構(gòu)圖：LCS(a)原理圖；(b)袋電池模塊。

圖2 LCS模型與EV動(dòng)力學(xué)模型。

圖3 LCS性能測試的試驗(yàn)設(shè)置(a)測試系統(tǒng)的示意圖；(b)實(shí)際系統(tǒng)的照片。

圖4 關(guān)鍵參數(shù)對(duì)冷卻性能的影響：(a)流量(b)入口溫度(c)干預(yù)時(shí)間；(d)連續(xù)冷卻與延遲冷卻的比較。

圖5 LHS點(diǎn)和RBF方法響應(yīng)面的可視化：(a)電池溫度樣品；(b)功耗樣品；(c)電池溫度響應(yīng)面；(d)功耗響應(yīng)面。

圖6 NEDC測試：(a)兩種不同配置的仿真結(jié)果；(b)優(yōu)化值與優(yōu)化配置的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較。

END

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審核編輯黃宇