【摘 要】
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储能系统的发展是推动能源转型和实现“双碳目标”的关键支撑和保障,而锂电池储能是其中最具优势的储能技术,广泛应用于动力电池、储能电池和消费电子产品等系统中。适宜的温度和较小的温差是确保其高性能使用和长寿命工作的前提,因此开发高效的电池热管理系统（BTMS）尤为重要。针对单体500Ah大容量软包锂离子电池,本文选用相变微胶囊材料与扁平热管的组合,验证BTMS效果,期望降低电池的最大温升,提升单体电池与
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储能系统的发展是推动能源转型和实现“双碳目标”的关键支撑和保障,而锂电池储能是其中最具优势的储能技术,广泛应用于动力电池、储能电池和消费电子产品等系统中。适宜的温度和较小的温差是确保其高性能使用和长寿命工作的前提,因此开发高效的电池热管理系统（BTMS）尤为重要。针对单体500Ah大容量软包锂离子电池,本文选用相变微胶囊材料与扁平热管的组合,验证BTMS效果,期望降低电池的最大温升,提升单体电池与三串联电池间的温度均匀性。主要研究内容如下:首先搭建单体大容量锂离子电池性能实验平台,掌握锂电池的基本参数与温升特性,建立锂电池在不同温度和不同倍率下的欧姆阻值与极化阻值数学关系,计算出由可逆热与不可逆热组成的电池总产热。其次,通过实验验证了基于相变材料与热管组合的BTMS散热效果,对于高放电倍率,增加相变材料厚度可以降低温升与温差,且厚度越厚的效果越明显,10mm相变材料可以降低1C放电倍率下电池主体温升4.2℃;加入热管可以进一步降低电池主体的温升0.5℃,降低温差2.7℃。并且通过对比实验得到了性能最优的BTMS配置方式。通过实验验证了在连续六次1C大倍率充放电循环时BTMS散热效果,结果表明,添加BTMS后,单片电池最大温度可以由43℃稳定在37.5℃以下,最大温差由8℃稳定在3.5℃以下,三串联电池最大温升降低6℃,温差维持6℃以下并且延长了三串联电池安全工作时长。构建了锂电池热电耦合的瞬态仿真模型,通过与实验数据对比,验证了BTMS在连续大倍率充放电循环时的有效性,在连续充放电结束时,三串联电池最上层电池最大温度由59.3℃降低到51.73℃,中心电池最大温度由62.5℃降低到了 50.70℃,三串联电池之间的最大温度差由3.2℃,降低到1.03℃,提升了温度均匀性。最后,分析了相变温度对BTMS的影响,较高的相变温度较晚相变,会使电池的温度维持高位,较低的相变温度可以提前控温,但高温区域的会提早完全熔化而无法吸收相变潜热,使温升和温差逐渐增大,35℃的相变温度较适合1C连续充放电。
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