基于新型微通道液冷板的储能电池热管理

基于新型微通道液冷板的储能电池热管理

电池温度对电池的高效安全运行影响极大，匹配设计电池热管理系统是保障电池全生命周期安全运行的关键技术之一。近日，长沙理工大学吕又付博士团队在新型微通道液冷板的结构优化及数值研究方面取得重要进展。

电池温度对电池的高效安全运行影响极大，匹配设计电池热管理系统是保障电池全生命周期安全运行的关键技术之一。
微通道液冷板具有极强的换热能力被应用于各类高功率密度电子器件和锂离子电池散热，有关电池热管理微通道液冷板的研究主要是设计新型结构和优化微通道参数以提高液冷板的换热能力和降低液冷工质的流动损失。

受到螺旋结构和蛛网结构的启发，研究团队设计了两款双层新型的由内往外分散的微通道液冷板（内-回式，内-叉式），仿真研究了“内-回”式的结构因素(回通道圈数、通道宽度、通道折弯半径)和“内-叉”式结构因素(出入口布置、主通道宽度、分支通道的宽度、分支角度、分支位置)以及入口质量流量对液冷板强化传热以及温控性能的影响。

图1 “内-回”式液冷板结构示意图

图2 “内-叉”式液冷板结构示意图

研究发现“内-回”式液冷板的回形通道圈数和主通道宽度对液冷板温度性能有明显的影响；“内-叉”式液冷板出入口为对称式双出入口时的温度性能最佳，且主流道宽度对液冷板性能也有明显的影响，关于微通道结构因素对控温影响较弱，但能够显著改善液冷板的压降；

此外，入口质量流量对两种液冷板的温度性能影响显著，但是增加到超过0.8 g·s-1时电池最高温度和温度分布特性的变化不再明显。相关的研究结论对新型结构微通道液冷板的设计与优化提供参考。

图3 “点-回”式回路圈数对液冷板均温性能的影响

图4 “点-回”式支路宽度对液冷板均温性能的影响

图5 “内-叉”式进出口位置对液冷板均温性能影响

图6 “内-叉”式微通道结构因素对液冷板控温性能的影响

相关研究成果“A numerical study of a novel centrally bifurcated mini-channel liquid cooling plate for enhanced heat transfer characteristics”和“A numerical study of battery thermal management system with square spiral ring-shaped liquid cooling plate”分别发表在能源领域期刊Applied Thermal Engineering、Thermal Science and Engineering Progress上，论文的第一作者为长沙理工大学吕又付博士。

论文连接：
https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.102120

储能液冷系统一般由电池包液冷系统和外部液冷系统两部分组成，其中温控厂商一般负责提供外部制冷工业系统，核心部件包括水泵、压缩机、换热器等。内部电池包液冷系统包括液冷板、管路等零部件，一般由储能系统集成商负责采购和组装。