江苏申氢宸科技有限公司

当前在全球提倡加强环境保护和资源可持续利用的时代环境下，国家提出低碳化等发展目标，对储能系统、对新能源的应用需求逐步增长，储能技术是新能源取代传统化石能源的重要部分，开发具有更长的循环寿命、更高的能量密度以及更好的安全性能的储能技术已经成为国内外研究的热门课题。

与其他储能电池技术相比，目前锂电池储能综合系统的设计研究已相对成熟，具有完整的上下游产业链，在实际运营中对于成本的控制有较大操作空间。锂离子电池具有环境友好、比能量高、循环性能好等特点，并且锂离子电池的制作工艺趋于成熟、制作成本不断降低，被广泛应用于储能系统中。但锂离子电池性能和寿命受温度的影响较大，温度过高过低都会影响电池的性能以及寿命。因此研究集装箱式锂离子电池储能系统的温度控制系统具有重要意义，提高电池系统性能和寿命是当前业界热门的研究方向。目前市面上常用的电池包中液冷结构占很大比重，液体冷却是以液体为传热介质的热管理技术，简称液冷。它利用液体具有较高热容量和换热系数的特性，将低温液体与高温电池进行热量交换，从而达到降温目的。其所涉及的冷却系统结构复杂、维护技术难度较大。目前对液冷系统主要集中在间接接触式液冷热管理系统的研究中，重点主要在于液体流道的尺寸、布局的设计，以及冷却介质材料的研究，液冷系统虽然结构较复杂，但因其优越的冷却性能以及较好的控制性等优点逐渐成为电池热管理系统研究的主流，未来也有通过优化进一步简化结构，降低成本的潜力。

1. 存在问题

液冷电池包分为直接式液冷与间接式液冷，间接式液冷往往是在电池包整体结构中下置一块液冷板，通过板内流道中冷媒的流动以冷却电池包内的电池。在如今储能电站容量越来越大，电池包内电芯排布愈发紧密的背景下，这种冷却方式已经逐渐不能很好的满足锂离子电池对最适工作温度区间以及电池包热均匀性的高要求了。在仅仅以下置冷板对电池包整体进行冷却时往往会出现电池包温度分布不均匀的问题，如图1所示。

图1.液冷电池包整体温度分布云图

电芯与冷板接触部分以及流道进口位置往往温度偏低，而与冷板距离较远的极耳处以及流道出口位置的温度往往偏高，这很容易使得电芯的工作温度超出最适工作温度区间，且电池包内电芯的温度不均匀性也很容易减少电池的使用寿命，甚至引发电池热失控，如图2所示。

 图2.电池包内某电芯发热异常有热失控风险

现有的解决办法往往是降低流道入口输入的冷媒温度或者增大流道冷媒的流量以整体冷却，减低高温区温度。这样的缺点是一造成了冷媒资源的浪费二会过度冷却本就处于低温区的电芯，造成电芯使用寿命的降低。

2.      解决方案

提出一种下置冷板与上置竖直冷板共同冷却，板内流道之间相互独立，以比例阀调配流量的液冷结构，如图所示。

图3.上下冷板与流道前比例阀位置示意图

其中

1）上下冷板共同调节可以有效抑制高温区扩散，同时加强了竖直方向的热量传递，电池包整体热均匀性提高。

2）比例阀分配流量可以有效减少冷媒资源的浪费。

3）比例阀分配流量可以针对式地加强冷却局部高温电芯，减少冷却温度较低的电芯，做到各流道之间互不影响，各电芯相对独立散热。大大提高散热灵活性，提高了电池包使用寿命。

4）要适配液冷系统，比例阀应满足大流量小体积的要求。流量范围大能更好的冷却发热异常电芯，体积小可以满足能很好地适配并安装在每个流道前不过多占用空间。

比例阀的基本控制方法为：

图4.比例阀的基本控制方法

图5.高温区扩散减小示意图

使用情景：在某案例中，电池包内电芯4个一列紧密排布，其中某列中某电芯出现温度异常，则使用本设计可以对其进行针对性冷却：由BMS或温度传感器检测到电池包内某电芯出现温度异常升高，温升速率大于周围电芯，则该温度异常电芯对应下置流道与对应竖直流道流量增加，其余流道流量不变或适当减小，在冷却温度异常电芯的同时，防止过度冷却其余正常发热电芯同时降低电池包表面温差，增强温均性。

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