锂离子电池（LIBs）因其高能量密度、无回忆效应、低自放电率和长循环寿数而广泛应用于电化学电池储能体系（BESS）。但是，在放电进程中散热缺乏会显著下降电池功能。提高BESS功率取决于热办理结构的优化。在本研讨中，咱们将伪二维（P2D）电化学模型与三维热模型相结合，以剖析BESS内部的发热与传热进程。仿真成果在电压和温升曲线方面与实验成果高度吻合。在293.15 K和3 m·s⁻¹的空气冷却条件下，BESS的最大温度为308.60 K，温差为9.22 K，保证了安全运转。在1 C倍率下，咱们建议扩大进出口面积可进步风冷功率，并且在放电2400秒后切换环境风冷温度能够有用下降温差及冷却设备的能耗。本作业为优化BESS的热规划供给了宝贵的理论见地。

图文摘要

化石燃料的过度运用已导致环境影响和资源干涸，由于工业的快速开展，这一问题引起了广泛重视[1,2]。一个有用的解决方案是加快可再生能源的开展。但是，可再生能源的间歇性和散布不均造成了供需失衡。为了解决这一问题，一般选用电池储能体系（BESS）[3,4]。在各种类型的BESS中，锂离子电池（LIBs）因其长寿数、高能量密度、轻量化规划和适应性而备受喜爱[[5], [6], [7], [8], [9]]。在LIBs的放电进程中，内部电化学反应会产生很多热量。散热缺乏会导致LIBs内部温度逐渐升高，然后显著下降其寿数和功率[10]。此外，这还可能引发热失控和灾难性爆炸。
一般，LIBs的可接受温度规模为253.15−333.15 K [11]。但在288.15至308.15 K的作业温度规模内，LIBs在功能与寿数之间表现出杰出的平衡[[12], [13], [14], [15]]。为了将LIBs保持在指定的温度规模内，Battery Thermal Management System (BTMS)精确调节其运转，并有用解决温度散布中的任何异常[16]。BESS包含很多电池，功率容量从数兆瓦甚至达到吉瓦等级。因而，有用的BTMS关于保证BESS的安全、功率及长时间运转至关重要[17]。大多数关于BTMS的研讨集中于单个电池的发热建模以及小型电池组的冷却。但是，针对大规模储能体系的研讨仍存在显著缺乏。
一般选用两种常见策略来下降电池的发热率：优化电池的内部结构或资料以下降发热率；以及施行外部冷却技能，包含液冷体系、相变资料（PCM）冷却体系和风冷体系[[18], [19], [20], [21], [22]]。液冷体系一般运用具有高导热性和大比热容的液体作为冷却剂，以增强体系的散热功能[[23], [24], [25], [26]]。但是，这些冷却剂密度较高且必须在杂乱的管道中运用，导致BESS的体积和重量均有所增加[27,28]。相变资料在相变进程中能够吸收/开释很多热量，这有助于控制温度升高[29]。但是，相变资料较低的导热性阻碍了传热速率，并在储热/放热进程中削弱了冷却才能[30,31]。其中，风冷体系是一种开始施行的冷却策略，规划简略、重量轻且具有本钱效益[[32], [33], [34], [35], [36]]。它经过控制体系内的气流条件和结构规划来调节电池的温度。
精心规划的风冷配置关于保持电池组的最佳温度和温度均匀性至关重要。为了进步根据空气的电池热办理体系的冷却功率，学者们提出了多种办法。近期，研讨人员专心于开发创新的冷却结构并优化传统的风冷体系，以增强电池的风冷作用。Fan等[37]提出了一种针对32节18650电池组的高效风冷办法，成果表明对齐摆放供给了最佳的冷却作用和温度均匀性，其次是对角摆放和穿插摆放。Wang等[38]测试了LIB电池组的不同进出风口设置，发现将电扇置于顶部可下降电池温度。立方体摆放被证明在强制风冷方面最为有用。Zhou等[32]运用配风管为圆柱形LIB开发了一种新型风冷办法，经过优化气流使模组温度下降了20 K。他们强调了进步对流换热系数关于提高冷却功率的重要性。Hasan等[21]运用空气作为冷却介质，引导气流进入冷却模组以散发锂离子电池的热量。成果显现，热功能（Nu）随间距增大而增加。这些风冷办法已被证明能有用散热并保持安全的运转温度，用于办理该...
BESS由很多电池组成，众多因素影响着其杂乱的内部环境，导致仿真具有显著的杂乱性[39,40]。本作业为NMC111电池构建了伪二维（P2D）电化学-热耦合模型，并运用COMSOL Multiphysics模拟了风冷条件下BESS在惯例倍率（1 C）放电时的发热情况。经过模拟流场模式和温度散布，本作业探讨了空气温度以及进出口尺度对散热的影响。此外，本作业优化了BESS的BTMS，以保证其温度保持在308.60 K以内且温差小于9.22 K。本作业为BESS的开展供给了技能参考。