來源|Journal of Energy Storage

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背景介紹

2023年2月，歐洲議會通過法案，從2035年開始停止銷售燃油車。電動汽車（EV）和混合動力汽車（HEV）具有環保和能源可再生的優勢，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等優點，被廣泛用作電動汽車的儲能系統。然而，溫度嚴重影響鋰離子電池的容量和壽命。較低的溫度可能導致電池退化，而較高的溫度可能引發熱失控，從而造成安全隱患。

當前，對BTMS的研究根據冷卻方式主要分為風冷、液冷、相變材料（PCM）冷卻等三大類。風冷具有結構簡單、易于封裝、維護成本低、能耗低等特點。雖然提供相對較低的熱交換能力，但該冷卻系統在 LIB 系統中得到了很好的采用，對在較高電流速率下進行快速充電和放電操作的要求不高。液冷式一般傳熱系數較高，溫度分布均勻，根據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熱量，具有很大的緊湊性和高冷卻速率，但在商業應用中可能不實用。另一方面，間接接觸冷卻更容易實施，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熱管理類型，具有運行成本較低和溫度均勻性較高的優點。PCM 冷卻使用大量潛熱，這些潛熱可以存儲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由于導熱系數較低，容易產生過多的熱量積累，從而大大增加了熱系統的重量。將泡沫金屬和翅片應用于 PCM 被動冷卻中，以增強 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的高導熱金屬隔板，該系統可以有效地將 4C 充電期間的最高溫度限制在 55°C 以下。與風冷和 PCM 相比，液冷方法通常被設定為基準并廣泛應用于汽車行業，鋰離子電池 (LIB) 組的液體冷卻系統 (LCS) 對于延長電池壽命和提高電動汽車 (EV) 可靠性至關重要。

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成果掠影

近期，上海理工大學Lei Sheng團隊將電池組的熱分布控制在每個新設計的 LCS 的理想水平內，建立了專用實驗平臺和LCS模型以及EV動力學模型，以精確確定組件的最佳匹配參數和系統的運行控制策略。結果表明，在常規條件下，實驗與模擬之間的偏差在 3.0% 以內。更高的

流量和更低的入口溫度導致更低的電池溫度，同時延遲冷卻干預可以降低功耗20%左右。采用響應面法結合遺傳算法Ⅱ進行多目標優化，進一步降低功耗2750W，正常1C放電時電池溫度30.83℃ 。此外，本優化還展示了驅動循環下電池溫度和功耗之間的良好平衡解決方案。結合實驗和仿真，這項工作對于為 EV 的 LIB 包設計一個優秀的 LCS 是有價值的。相關研究成果以“Numerical-experimental method to devise a liquid-cooling test system for lithium-ion battery packs”為題發表于《Journal of Energy Storage》。

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圖文導讀

圖1 LCS結構圖：LCS(a)原理圖；(b)袋電池模塊。

圖2 LCS模型與EV動力學模型。

圖3 LCS性能測試的試驗設置(a)測試系統的示意圖；(b)實際系統的照片。

圖4 關鍵參數對冷卻性能的影響：(a)流量(b)入口溫度(c)干預時間；(d)連續冷卻與延遲冷卻的比較。

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

圖6 NEDC測試：(a)兩種不同配置的仿真結果；(b)優化值與優化配置的實驗數據的比較。

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審核編輯黃宇