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使用穿孔导流板的大空间Discover蓄电池储能集装箱气流重组与热管理研究
本文经过数值模仿研讨了安装有高功率密度电池组的大型空间储能集装箱内的风冷热办理。经过验证的多孔介质模型被使用于简化，并分析了顶部风道、笔直风道、侧进前出电池组以及热通道内的气流散布。经过穿孔导流板完成气流重组的机制得到了验证，并经过正交实验法识别了视点和方位的影响。随后，利用不同孔隙率的穿孔导流板来改进笔直风道中的气流均匀性。结果表明，穿孔导流板引起的压力丢失并不灵敏。当在顶部风道中使用导流板时，气流能够被重新组织以完成更均匀的散布并消除热点。体积流量的标准差西格玛 flo用于反映流量均匀性，该值可降至0.003，表明与初始无穿孔导流板的情况比较降低了98.24%。将优化布局使用于实践非对称散布的储能集装箱时，电池架进口处的最高温度在长流侧和短流侧别离降低了8.31 °C和5.13 °C。
因为化石燃料的耗费会导致严重的排放和全球气候变化[1,2]，太阳能、风能、水能、生物质能和地热能等可继续能源形式正阅历着明显增长。依据International Energy Agency (IEA)的报告，随着安全、可继续的净零排放能源体系的快速开展，下一代燃料和可再生能源的比重继续添加[3]。通常情况下，可再生能源的不一致性和间歇性或许会给电力体系带来运转危险，例如频率和电压稳定性问题[4]。电能存储技能在可继续能源范畴发挥着至关重要的效果，经过在低需求或高发电时期储存来自可再生能源的过剩能量来提供支持[5]。特别是在电池储能体系（BESSs）中，经过将电池封装到储能集装箱内完成广泛使用，表现了安装简洁和运送灵敏的特色。
因为BESSs的功率密度提高以及有限空间内的紧凑布局，在充放电过程中会产生很多热量。当电池长期处于高温运转状况时，这会导致明显的安全危险[6]。因此，热办理不足或许导致热量积聚，然后严重影响电池功能和寿数。此外，锂离子电池固有的热失控危险甚至或许引发火灾和爆炸[7,8]。就此而言，热办理战略成为规划高效、安全且可靠的BESS的重要技能。常用的热办理战略包括风冷、液冷、相变材料（PCM）冷却、热管冷却等[9]。虽然与其他冷却方法比较，风冷战略表现出较低的对流换热系数和较长的冷却时刻，但凭借其结构简单、成本低价以及易于安装维护等优势，它在实践使用中仍是首选战略[10]。
很多研讨聚焦于单电池包的空气冷却热办理战略，并对气流形式、电池单元阵列散布以及内部传热增强等多种要素进行了讨论，以提高空气冷却电池散热的效率。经过改动气流通道结构[[11], [12], [13], [14]]、调整出口方位[10,11]以及添加挡板[11,15,16]，能够改动气流形式。基本上存在三种首要的典型气流通道结构，即Z型、U型和J型[17]，随后规划出了更多类型的通道。Zhang等人[11]根据传统的Z型和U型规划提出了一种新型F型空气冷却电池热办理体系（BTMS）。他们研讨了出口方位对F型BTMS冷却效率的影响，并经过调整分配歧管的视点和添加挡板进一步优化了其散热功能。Luo等人[12]提出了一种X型双进双出对称式空气冷却BTMS，并经过正交分析优化了进出口参数。与现有的对称式BTMS比较，所提出的X型BTMS的最大温度、最大温差和最大功耗别离降低了4.33 K、74%和62.9%。Chen等人[13]提出了一种高效的BTMS，以在不同工况下有效冷却电池包。该体系集成了J型、
除了改动气流形式外，优化电池单元的阵列散布[[18], [19], [20], [21]]以及增强相应的传热[[21], [22], [23], [24]]也是可选的改进战略。Kumar等人[18]经过改动电池单元的摆放方式评价了风冷BTMS的功能，发现Z字形摆放在相似条件下优于其他摆放方式，但一起也产生了最高的压降。Gungor[19]研讨了风冷BESS中电池单元之间的最佳距离，以确保在较低能耗下完成更好的热功能。结果表明，关于Re ≤ 250–2000范围内的BESS，最佳电池距离为3.5–5.8 mm。Fan等人[20]优化了J型BTMS的风道尺寸、电池距离和电池摆放。结果显现，优化后最高温度和温差别离降低了1.57 K和0.80 K。Feng等人[21]研讨了T型BTMS的进口流量和电池空隙，结果表明当电池空隙为3 mm且进口速度为6 m/s时，冷却功能和能耗达到最佳值。此外，在电池上添加了传热翅片，并发现添加翅片数量能够明显提高冷却功能，但会带来更高的能耗。采用翅片来提高冷却效率同样被查询...
但是，值得注意的是，针对大空间BESSs风冷热办理的专门研讨较为罕见。现有的关于大空间气流组织与热办理的研讨文献首要使用于数据中心（DC）布景。基本上，BESSs与DCs在架构和几许结构上具有相似性。两者都由堆叠在存储机架上的可扩展单元集群组成（DC为服务器单元，BESSs为电池包），并且在热控制原理和强化方法方面极端相似[25]。
Cui等[26]提出了一种针对DC的多标准仿真方法，并经过耦合房间级、机架级和服务器级模型，研讨了大规模DC中的风冷体系。结果表明，密封通道体系改进了服务器的热环境，使服务器最高温度从87.5 °C降低至73.1 °C。Chen等[27]采用正交实验法确认了影响DC地板下送风的首要要素。研讨讨论了不同机架功率、送风温度和风量的影响。结果指出，影响热功能的主导要素是plenum高度，其次是穿孔率。推荐的最佳装备为plenum高度0.7 m、穿孔率20%以及挡板视点45°。Liu等[28]使用响应面法（RSM）预测热环境信息并优化DC功能。考虑了服务器作业负载和供风条件等多个要素，并将服务器最高温度、温差等目标界说为要害功能目标。值得注意的是，服务器最高温度明显下降了约30%，温差下降了约20%。Yang等[29]结合田口方法与计算流体力学确认了多个射流风机的最佳规划参数。在最佳组合中，
在我们之前的研讨中，DC中的气流重组和热办理已经过实验和数值方法进行了讨论[[33], [34], [35]]。但是，与DC体系比较，值得注意的是，因为电池具有易燃易爆的特性，储能集装箱的热办理更为要害[25]。一起，BESS的热负荷提高了一个数量级，且对温度均匀性的要求也更加苛刻。
本文提出了一种大空间电池储能集装箱的空气冷却热办理战略。经过数值模仿，对顶部风道、笔直风道、侧进前出式电池组以及热通道内的气流散布进行了相应分析。为了消除热点并完成更均匀的散布，经过使用具有优化孔隙率的导流板，沿其流动和分配方向重新组织了气流。终究，该优化战略被使用于实践的不对称布置储能集装箱中，在气流和温度均匀性目标上表现出明显改进。