當(dāng)前在全球提倡加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和資源可持續(xù)利用的時代環(huán)境下，國家提出低碳化等發(fā)展目標(biāo)，對儲能系統(tǒng)、對新能源的應(yīng)用需求逐步增長，儲能技術(shù)是新能源取代傳統(tǒng)化石能源的重要部分，開發(fā)具有更長的循環(huán)壽命、更高的能量密度以及更好的安全性能的儲能技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱門課題。

與其他儲能電池技術(shù)相比，目前鋰電池儲能綜合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究已相對成熟，具有完整的上下游產(chǎn)業(yè)鏈，在實(shí)際運(yùn)營中對于成本的控制有較大操作空間。鋰離子電池具有環(huán)境友好、比能量高、循環(huán)性能好等特點(diǎn)，并且鋰離子電池的制作工藝趨于成熟、制作成本不斷降低，被廣泛應(yīng)用于儲能系統(tǒng)中。但鋰離子電池性能和壽命受溫度的影響較大，溫度過高過低都會影響電池的性能以及壽命。因此研究集裝箱式鋰離子電池儲能系統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)具有重要意義，提高電池系統(tǒng)性能和壽命是當(dāng)前業(yè)界熱門的研究方向。目前市面上常用的電池包中液冷結(jié)構(gòu)占很大比重，液體冷卻是以液體為傳熱介質(zhì)的熱管理技術(shù)，簡稱液冷。它利用液體具有較高熱容量和換熱系數(shù)的特性，將低溫液體與高溫電池進(jìn)行熱量交換，從而達(dá)到降溫目的。其所涉及的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)技術(shù)難度較大。目前對液冷系統(tǒng)主要集中在間接接觸式液冷熱管理系統(tǒng)的研究中，重點(diǎn)主要在于液體流道的尺寸、布局的設(shè)計(jì)，以及冷卻介質(zhì)材料的研究，液冷系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但因其優(yōu)越的冷卻性能以及較好的控制性等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究的主流，未來也有通過優(yōu)化進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)，降低成本的潛力。

1. 存在問題

液冷電池包分為直接式液冷與間接式液冷，間接式液冷往往是在電池包整體結(jié)構(gòu)中下置一塊液冷板，通過板內(nèi)流道中冷媒的流動以冷卻電池包內(nèi)的電池。在如今儲能電站容量越來越大，電池包內(nèi)電芯排布愈發(fā)緊密的背景下，這種冷卻方式已經(jīng)逐漸不能很好的滿足鋰離子電池對最適工作溫度區(qū)間以及電池包熱均勻性的高要求了。在僅僅以下置冷板對電池包整體進(jìn)行冷卻時往往會出現(xiàn)電池包溫度分布不均勻的問題，如圖1所示。

圖1.液冷電池包整體溫度分布云圖

電芯與冷板接觸部分以及流道進(jìn)口位置往往溫度偏低，而與冷板距離較遠(yuǎn)的極耳處以及流道出口位置的溫度往往偏高，這很容易使得電芯的工作溫度超出最適工作溫度區(qū)間，且電池包內(nèi)電芯的溫度不均勻性也很容易減少電池的使用壽命，甚至引發(fā)電池?zé)崾Э兀鐖D2所示。

圖2.電池包內(nèi)某電芯發(fā)熱異常有熱失控風(fēng)險

現(xiàn)有的解決辦法往往是降低流道入口輸入的冷媒溫度或者增大流道冷媒的流量以整體冷卻，減低高溫區(qū)溫度。這樣的缺點(diǎn)是一造成了冷媒資源的浪費(fèi)二會過度冷卻本就處于低溫區(qū)的電芯，造成電芯使用壽命的降低。

2. 解決方案

提出一種下置冷板與上置豎直冷板共同冷卻，板內(nèi)流道之間相互獨(dú)立，以比例閥調(diào)配流量的液冷結(jié)構(gòu)，如圖所示。

圖3.上下冷板與流道前比例閥位置示意圖

其中

1）上下冷板共同調(diào)節(jié)可以有效抑制高溫區(qū)擴(kuò)散，同時加強(qiáng)了豎直方向的熱量傳遞，電池包整體熱均勻性提高。

2）比例閥分配流量可以有效減少冷媒資源的浪費(fèi)。

3）比例閥分配流量可以針對式地加強(qiáng)冷卻局部高溫電芯，減少冷卻溫度較低的電芯，做到各流道之間互不影響，各電芯相對獨(dú)立散熱。大大提高散熱靈活性，提高了電池包使用壽命。

4）要適配液冷系統(tǒng)，比例閥應(yīng)滿足大流量小體積的要求。流量范圍大能更好的冷卻發(fā)熱異常電芯，體積小可以滿足能很好地適配并安裝在每個流道前不過多占用空間。

比例閥的基本控制方法為：

圖4.比例閥的基本控制方法

圖5.高溫區(qū)擴(kuò)散減小示意圖

使用情景：在某案例中，電池包內(nèi)電芯4個一列緊密排布，其中某列中某電芯出現(xiàn)溫度異常，則使用本設(shè)計(jì)可以對其進(jìn)行針對性冷卻：由BMS或溫度傳感器檢測到電池包內(nèi)某電芯出現(xiàn)溫度異常升高，溫升速率大于周圍電芯，則該溫度異常電芯對應(yīng)下置流道與對應(yīng)豎直流道流量增加，其余流道流量不變或適當(dāng)減小，在冷卻溫度異常電芯的同時，防止過度冷卻其余正常發(fā)熱電芯同時降低電池包表面溫差，增強(qiáng)溫均性。

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