不同环境温度下商用/工业储能锂离子电池模块浸没式冷却性能的实验研究

目前，新能源产业化现已完成，而工业范畴向新能源的转型才刚刚开始。近期，工商业储能范畴的储能技能发展迅速。然而，储能体系中遍及选用的大容量280 Ah锂离子电池（LIBs）在快速充放电循环中会产生很多热量。过热不只会加快电池功能衰退和容量衰减，还会增加热失控危险，进而导致灾难性毛病[1,2]。锂离子电池的功能、安全性和耐久性均遭到热办理问题的严重制约[3,4]。因此，有效的电池热办理体系（BTMSs）关于调控电池模组内部热场分布至关重要[5,6]。
近年来，浸没式液冷技能作为一种将电池单体直接浸没在介电流体中的立异办法，经过直接液-芯接触完成高效散热，已引起科学界的广泛重视[7,8]。研讨标明，与传统冷却办法（风冷、直接液冷）比较，浸没式液冷在快速散热和提高温度均匀性方面具有明显优势，这对保证电池安全性和延长电池寿数至关重要[9]。Pulugundla等[10]发现，在3C放电倍率下，与直接液冷策略比较，单个21700圆柱电池的浸没式液冷可明显下降峰值电池温度并改进温度均匀性。Williams等[11]证明，26650型LiFePO4当液池预热至33±0.5°C时，彻底浸没在Novec 7000介质液中的圆柱形电池在10C放电结束时的温差被控制在3.6°C以内。Liu等[12]的试验结果标明，所提出的基于静态流动的浸没式冷却体系展现出远优于传统风冷的散热功能，其冷却速率比强制风冷体系提高了50%。此外，液浸冷却所选用的不易燃冷却剂还能经过吸收热失控阶段的显热与潜热，下降锂离子电池的安全危险[13]。目前商业及工业储能体系中的锂离子电池热办理仍主要依赖风冷与液冷板技能，这些办法存在热办理功能有限、潜在热安全危险较高级问题[14]。该范畴很多企业已逐渐将技能研制重心转向液浸冷却方向。
尽管存在这些优势，大多数已发表研讨仍集中于近环境温度条件下（如20–25°C）的液浸冷却体系热办理功能。关于环境温度对浸没式冷却功能的影响——特别是露出于低温（≤0°C）或高温环境（≥40°C）的电池组——仍存在关键研讨空白。实践中，环境温度不只调控锂离子电池内部资料特性、电化学反响动力学及产热行为，还经过直接影响冷却剂进口温度与热梯度[15]，为液浸冷却体系树立基准运转条件。升高的环境温度可增强锂离子电池的离子电导率并加快放热反响动力学[[16], [17], [18]]。相反，在低环境温度下，下降的反响动力学不只会导致电池内阻增加，还会削弱热传递，从而可能在电池模块内引发部分热点和温度梯度不均现象[19,20]。Nelson等[21]的研讨标明，当环境温度达到45°C时，锂离子动力电池的循环寿数下降至40%；而在-30°C环境条件下，额定功率25 kW的电池输出功率下降（Drop）了80%。Sheng等[22]发现随着环境温度升高，锂离子电池的产热速率、单体温升及外传热通量均呈上升趋势。Bao等[23]经过试验探求了单相液体浸没预热对低温环境下锂离子电池功能的影响，发现进口温度对预热效果具有最明显的影响。Feng等[24]分析了环境温度、流速和冷却液温度对磷酸铁锂电池液冷热办理体系冷却功能的影响。Mo等[25]探求了高环境温度条件下不同进出口构型的浸没式冷却锂离子电池模块的热耗散与电行为特性。
为添补这一研讨空白，本研讨开展了一系列试验，以探求静态与动态液体浸没冷却体系在不同环境温度下对280Ah高容量方形锂离子电池模块的功能影响。鉴于锂离子电池潜在的工作环境条件，试验考虑了-40°C、-20°C、0°C、25°C和40°C的环境温度，并选用烃基合成油SC-03作为浸没冷却介质。研讨详细分析了电池模块的温升特性、温度分布及运转功能。该工作对推进商用及工业储能范畴安全、高效、可靠的锂离子电池热办理体系设计具有重要价值，可保证其在实际环境应战中的适应性。