大容量储能电池液冷板肋槽构型的实验研究

本研讨针对大容量储能电池提出了一种单侧凹坑结构、另一侧肋状结构的液冷板(LCP)。试验研讨在两种布置方法下进行：凹坑面接近电池组(PCTB)与肋状面接近电池组(RCTB)。探求了电池组最高温度()、温度标准偏差(max）、温度标准偏差（)以及LCP两侧外表对流换热系数()随体积流量改变的规则）的动态改变规则）、电池充放电速率（CRv试验成果标明，随着的添加与in的减少，电池温度呈现下降趋势，但）、温度标准偏差（添加。此外，的上升导致CRv一起添加而且in）、温度标准偏差（值得注意的是，较高的传热才能并不必定对应更高的热交换功率研讨发现，与RCTB相比，PCTB具有更优异的冷却功能和更均匀的温度散布。当流量为1 L/min时，PCTB能将下降达12.05%，并使）、温度标准偏差（max降幅高达55.8%。SD. Notably, a higher heat transfer capacity did not necessarily correspond to a higher h. The study found that the PCTB offered better cooling and more uniform temperature distribution than the RCTB. At a qv of 1 L/min, the PCTB reduced Tmax by up to 12.05 % and SD by up to 55.8 %.

引言

化石燃料使用与温室气体排放所导致的环境污染与气候改变，构成了全球性严重应战[1]。这些活动加快了全球气温上升，对人类及生态体系发生深远影响[2,3]。因而，展开可持续能源技能对减缓这些影响、保证长期环境稳定至关重要。太阳能和风能等可再生能源固有的动摇性与间歇性特征，为电网供需平衡带来了明显应战。为处理这些问题，储能体系不可或缺。在现有处理计划中，电化学储能供给了一种有用手法来缓解动摇，保证电网稳定性和可靠性。大多数储能电池选用锂基技能，因其相较于其他电池类型具有更高的能量密度、更快的充放电速率以及更长的使用寿命而备受青睐[4]。这些特性使锂电池成为可持续、高效储能体系的首选处理计划。锂离子电池的最佳工作温度规模为20-40°C[5]，建议温度动摇幅度不超越5°C[6,7]。偏离这些温度参数会对电池功能和寿命发生负面影响。特别是过高温度可能引发热失控[8]，这种风险状况会导致电池损坏并引发安全隐患[9]。随着锂电池技能的展开，能量密度提高导致单位体积产热量增大而散热才能下降[10]。这对热办理体系提出了更高要求。因而，优化热办理体系规划关于保持并网储能电池体系的安全性和长期循环稳定性至关重要。
空气冷却与液体冷却[11]是电池热办理中两种常见散热方法。其中空气冷却凭仗其成本效益、规划灵活性和高可靠性等优势，在众多电池体系中得到广泛应用[12]。液体冷却则具有更高的传热功率，能够供给更稳定高效的热办理作用[13]。研讨标明，在功耗为0.5W条件下，选用U型通道规划的液冷板（LCP）相较于空气冷却，可使单体电池最高温度更低且温度散布更均匀[14]。
在液体冷却体系中，对LCP进行结构改进（如在微通道内添加肋片）可明显增强散热作用并下降温度动摇。该规划经过添加流体扰动提高了对流换热系数，使肋化微通道成为要害研讨方向。Andrew等人[15]经过数值模拟研讨了方形通道内四组纵向翅片高度改变的影响。研讨发现，当翅片高度比设定为0.67时，表征对流传热功率的均匀努塞尔数到达最大值。Lori等[16]经过数值模拟研讨了不同肋片几许形状下肋高、孔隙率和达西数对LCP功能的影响。成果标明，与无孔肋相比，多孔肋结构不仅能提高努塞尔数，还能下降压降，标明活动功率得到改进。Sahel等[17]选用数值模拟方法对半球形肋的穿孔结构进行了优化规划。他们的研讨成果标明，在相同雷诺数和肋条半径条件下，经过设置最多六个穿孔，功能因子提高至1.87，较无穿孔肋条功能提高了5.6%。Fathi等人[18]经过数值剖析比照研讨了多孔与非多孔翅片，发现多孔翅片能使压降下降32%。此外，当翅片宽度与水流通宽度比值超越0。25时，多孔翅片的全体功能优于非多孔翅片。Jiang等人[19]经过优化通道内V型肋视点来强化传热功能，成果显现肋视点为90°的通道°具有更高Nu同样地，ƒ 可在较小流量下完成相同的传热功能。Feng等[20]经过在通道内选用非均匀翅片进行试验，该规划提高了电子芯片上的温度均匀性，然后下降了热应力。在暖流密度为10–60 W/cm²条件下...2该规划使均匀温度下降8.3°C，并将外表最大温差减小5.7°C。Zhao等[21]经过数值剖析比照泪滴形、圆形和六边形肋板，发现泪滴形肋板较圆形和六边形肋板别离下降压降72.5%和76.3%。Zhang等[22]研讨了在LCP中添加针翅结构（选用蛇形流道）的作用，该规划经过添加上外表流速使最高温度下降3°C。5℃并下降3.5℃的温差。这些研讨标明，改变微通道中的肋形状、尺度、外表粗糙度等结构要素可明显提高LCP功能。
在微通道传热范畴，凹坑与肋条均能经过扰动活动和破坏热边界层来强化传热。但是，带有肋条的通道一般比带有凹坑的通道具有更小的横截面积，这会明显影响流体的速度场与压力场、对流换热系数以及摩擦阻力[23,24]。这一差异激发了研讨者对凹坑结构优化的兴趣，促使学界展开很多研讨以完成传热功能的最大化。Kumar等[25]经过剖析微通道内沟槽排布方法研讨了Nu，泊肃叶数以及四种构型的功能因子：无沟槽、底面沟槽、侧壁沟槽以及双面沟槽。在Re=2000条件下，较深的沟槽会下降均匀努塞尔数，削弱传热功率。尽管多壁面沟槽能提高Nu，但更大的压降损耗导致全体功能因子下降。Zhu等[26]经过数值模拟研讨了微通道侧壁不同切口形状(Re=190–610)的影响，压降与Nu随着添加Re。在<480的情况下，三角凹槽导致的压降高于直通道Re，而其他凹槽的坠落较低。矩形凹槽减少了Nu与直通道相比，部分凹槽结构削弱了活动不稳定性，而其他类型凹槽则增强了该现象。此外，Zhu等[27]提出了一种非均匀凹槽散布计划——进口区稀少、出口区密布——以改进底部壁面温度均匀性。在通道长度为10 mm且...Re数值为795.38的优化结构，相较于直通式通道，将底部壁面温度方差下降了6.42倍。Dai等[28]经过数值剖析比较了四种具有不同通道散布的LCP结构，经过调整微通道LCP中的凹槽深度与半径来优化其功能。成果标明，在四种构型中，带有凹槽的通道其功能因子较其他规划最高可提高19.7%。经过进一步优化凹槽深度与半径，功能因子最大增幅可达41%。79%。这些研讨突显了经过优化通道壁面凹槽的排布方位、深度、宽度、形状及散布来提高功能的规划思路。
近年来，LCP中的肋槽组合结构因其提高热办理功能的潜力而受到广泛重视。Zhu等[29]经过数值剖析与正交试验优化肋槽形状、取向及数量，然后提高了LCP的冷却功率。研讨标明，相较于直通道板，肋槽板经过促进制冷剂活动更均匀、下降单体最高温度并增强单体温度均匀性，展现出更优异的冷却功能。Rajalingam等[30]经过数值剖析研讨了单通道内24组肋条与沟槽微结构的排列方法。其研讨成果标明：尽管全肋板结构能获得更高的冷却才能，但也会导致明显的压降（pressure drop）。相比之下，沟槽结构在冷却功率与压力之间完成了更好的平衡，因而具有更优异的综合功能。Li等[31]经过调节肋条高度对肋-沟槽复合LCP进行优化研讨，发现在相对肋高为0.4至0.6规模内，最高温度随肋高添加而下降。7个量程规模内，标明优化肋片尺度可提高冷却才能。Sadinezhad等[32]研讨了一种通道旁边面开槽、底部设肋的LCP结构。与简略流道相比，该构型可完成0.26至7.32℃的温降。研讨发现：添加肋高与槽深、拓展基底以及减小肋-槽倾角，可有用下降热阻，从而强化散热效能。
在电池热办理研讨中，肋条与凹坑的几许规划对活动场、传热特性及电池功能具有要害影响。但是，当时多数研讨集中于理想化数值模拟，特别是针对通道上下外表不同肋条与凹坑布局的比照剖析，缺少体系化的试验研讨。这一缺点约束了对实践功能与规划优化的深入认知。此外，现有文献鲜少探求不同工况（充电、静置及放电）下电池对流换热系数的动态改变，导致对电池内部热办理动态特性的了解尚不充分。
为添补这些研讨空白，本研讨将经过试验比较通道上外表与下外表的肋条与凹坑构型，体系剖析不同体积流量（）条件下最高温度（max）、温度标准偏差（SD）以及对流换热系数（）的动态改变规则）、电池充放电速率（CRv）与不同电池状况的关系。研讨还比照了接近电池的凹槽结构（PCTB）与接近电池的肋板结构（RCTB）的热工水力功能。经过本研讨，我们旨在为优化电池热办理、提高其运转功能供给理论依据与试验支持。Tin), and battery charging and discharging rates (CR) across various battery states. It also compares the thermal hydraulic performance between the pit close to the battery (PCTB) and rib close to the battery (RCTB) configurations. Through this research, we aim to provide theoretical insights and experimental support to optimize battery thermal management and enhance its operational performance.