电池储能体系在应对可再生动力的间歇性方面变得日益重要，但其广泛使用仍受限于热办理问题。但是，单一的热办理策略无法确保储能电池体系的全体功能。在本研讨中，针对280 Ah锂离子电池组建立了一种结合拓扑翅片结构、相变资料和自动液冷技能的混合策略。构建并试验验证了一个流体-热-相变耦合模型。一起，界说了一个新式归纳点评参数来表征热办理体系的全体功能。在此基础上，进行了比照研讨以点评三种冷却策略的功率。虽然混合规划带来了额定的分量，但拓扑翅片结构不只构建了相变资猜中的导热途径，还经过衔接冷板来散失积聚的热量。此外，使用单因素剖析体系地探讨了翅片占比、相变资料厚度和进口速度的影响。进一步地，选用根据代理的模型提醒了规划参数与体系功能之间的相互作用，并完结了大局优化。与原始规划比较，在0.25、0.5、0.75和1C的放电倍率下，归纳点评参数分别下降了0.218、0.273、0.256和0.2。

引言

因为对环境恶化和资源枯竭的认识，可再生动力正日益受到探索，以逐渐淘汰传统的fossil fuels [1]。虽然如此，太阳能和风能等可持续动力始终面对时刻和空间条件上的间歇性问题 [2]。在此背景下，battery energy storage systems (BESSs) 供给了一种潜在的处理计划来缓冲这些问题，然后进步电网的灵敏性 [3]。到现在为止，lithium-ion battery (LIB) 在电力体系中占据了巨大的市场份额 [4]。但是，LIBs 的作业触及杂乱的物理和电化学过程，表现出激烈的热敏理性 [5]。一方面，极高或极低温度下的运转可能会导致电池功能的恶化 [6]。另一方面，不妥的单体间温差会扩大电气不一致性，并终究缩短体系寿命 [7]。因而，battery thermal management system (BTMS) 已引起广泛关注，这首要受储能型 LIBs 不断添加的能量/功率密度的驱动。
从传热的角度来看，现在的BTMS可分为自动式强制空气或液体对流、被迫式相变或热管导热，以及整合两种或多种这些技能的混合计划[8]。过去，因为其成本效益和简单性，风冷办法一直是BESS热办理的主流[9]。但是，空气不良的导热性和比热容导致电池与气流之间的热呼应较差[10]。此外，与可再生动力体系并网的BESS一般在高原地区运转，那里较低的空气密度会进一步削弱其换热才能。因为液冷具有高效的传热和灵敏的操控特性，它正成为大规模电池体系的潜在热办理处理计划[11]。值得注意的是，此类BTMS的成功不只取决于冷板的冷却功能，还取决于冷却剂和电池的热物性。先前的研讨标明，附着在电池侧面的冷板因为传热途径更短而具有更好的热呼应，而在相同的进口条件下，附着在电池底部的冷板具有更低的温差和泵功耗[12]。事实上，液冷BTMS依靠单相对流来发出剩余的热量，这不可避免地会导致沿活动方向呈现温度升高。此外，电池表现出显著的各向异性...
与自动式BTMS比较，固液相变资料（PCMs）常被引荐用于经过其很多的潜热来维持LIBs的热均匀性[14]。一方面，PCMs可作为热缓冲层来隔离相邻的电池[15]。但是，因为PCMs仅被迫吸收电池热量，因而更适用于小容量电池体系[16]。受此启示，PCMs也被与其他自动办法相结合，然后充分发挥高散热功率和杰出的热一致性[17]。虽然取得了一些成果，但BTMS中常用的有机PCMs具有热扩散率差的固有特性，这会导致热呼应较慢，甚至在长时刻运转后呈现部分热饱满[[18], [19], [20]]。为了处理这一问题，现在的研讨首要会集在两个方面，即添加导热填料和使用金属翅片[21]。在制备复合资料时，常见的办法是将纳米颗粒涣散到基体PCMs中或插入多孔金属泡沫[[22], [23], [24]]。但是，复合PCMs的实际使用仍面对涣散稳定性差和耐久性不足的问题，尤其是在多次热循环之后[25]。比较之下，在PCMs内部引进金属翅片因其易于施行且成本低价而被广泛选用。因而，近年来它在BTMS范畴也受到了极大的关注[26]。
根据金属翅片的BTMS的基本原理是经过缩短热传导途径或添加热触摸面积来改变物理参数的分布，然后终究提高换热功能。一般，根据金属翅片的BTMS优化包含三个方面，即翅片尺度规划[27]、摆放办法[28]和结构立异[29]。在翅片尺度规划方面，Najafi等人[30]进行了参数化研讨以简化对翅片尺度的剖析。他们的成果发现，因为形成了传导网络，添加翅片长度会下降电池温度。在翅片摆放方面，Sun等人[31]讨论了翅片与电池之间的间距对传热和传质的影响。较大的间距有助于下降电池温度，但添加的翅片体积不可避免地牺牲了PCMs的可用量。在结构立异方面，Shen等人[32]提出了一种蜂窝状结构的翅片，可以有效改善电池的散热效果和温度均匀性。虽然翅片优化可以完结比原始结构更好的功能，但各种规划因素背面的相互作用仍然很杂乱。更重要的是，上述大多数研讨都是根据试错法进行的，这遵从规划者的直观判别并导致高度随机性。虽然使用了呼应面或机器学习模型[33,34]，原始的翅片结构仍然没有改变。Fo
从上述综述可以看出，很多研讨已经探讨了液冷和PCM等办法在电池安全方面的热办理功能。一起，一些研讨致力于经过优化结构规划来重新分配冷却剂流向或增强PCM内部的热传导，然后提高换热才能。但是，随之而来的是一些不可避免的关键问题仍未得到处理。首先，与动力电池比较，储能电池的容量和体积相对更大。因而，有必要规划一种更高效的BTMS，以完结优异的温度均匀性和热冲击保护。根据此，本作业提出了一种集成自动液冷和被迫PCM的混合式BTMS，该体系在各种工况下均表现出卓越的热抑制才能并延长了热饱满时刻。此外，添加金属翅片是构建热传输途径并快速散热的一种可行办法。而传统的优化作业一般侧重于翅片的尺度、摆放及结构立异，其终究规划受限于原始拓扑结构。除了少量用于动力LIBs[35]热办理的拓扑翅片外，带有操控方程和物理束缚的翅片结构自在演化规划在BTMS范畴鲜有探索。并且它们在储能电池组中的可行性也很大程度上没有被发掘。为了处理这一问题，本作业规划了一种新式翅片增强型PCM，即拓扑翅片str...
因而，为了拓宽储能电池组的热安全范围，本研讨提出了一种混合BTMS，该体系集成了拓扑翅片规划、被迫PCM冷却和自动液冷。这种混合BTMS可以结合每种办法的优势，即被迫PCM减少温度波动，拓扑翅片增强散热，而自动液冷防止热饱满。一起，建立了一个多物理场模型，并经过电池行为和相变分数在试验中验证了其可靠性。在此基础上，本研讨的首要结构由三个部分组成：1）进行比照研讨以点评不同BTMS计划对电池体系全体功能的影响；2）展开单因素剖析以确定翅片占比、PCM厚度和进口流速对混合BTMS功能的影响；3）建立一个根据代理的模型来描绘规划参数与电池体系全体功能之间的潜在相互作用，一起完结规划因子的大局优化。