基于多孔介質(zhì)?；拇笕萘侩姵貎δ軣峁芾硐到y(tǒng)性能分析方法

近年來，隨著風(fēng)力、光伏等可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量的不斷增加，可再生能源并網(wǎng)時波動性、間歇性的特點(diǎn)，給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了很大挑戰(zhàn)

。儲能技術(shù)可有效促進(jìn)可再生能源利用，同時還有助于消除電網(wǎng)晝夜峰谷差，平滑負(fù)荷，降低供電成本。其中，電池儲能以集成度高、占地面積小、存儲容量大、運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前應(yīng)用最廣泛的儲能技術(shù)之一

。

實(shí)驗(yàn)條件：筆者粗知對聯(lián)知識，曾做過嘗試，2008年2月拙作《對聯(lián)教學(xué)初探》發(fā)表在《語文報·教師版》。學(xué)生在課本中接觸過對聯(lián)，在生活中耳聞目染，并不陌生，所欠缺的是花時間去實(shí)踐嘗試。

大容量集裝箱式電池儲能裝置通常由眾多電池緊密排列組成。在儲能裝置充、放電過程中，隨著時間的累積，電池將產(chǎn)生大量反應(yīng)熱和焦耳熱

。由于電池空間位置的影響，熱量難以均勻排出，會產(chǎn)生不均勻熱量聚集，導(dǎo)致電池運(yùn)行環(huán)境出現(xiàn)溫度差異。溫差較大時，長期運(yùn)行將導(dǎo)致電池單體間內(nèi)阻、容量的嚴(yán)重不一致性，可能造成部分電池過充或過放，影響儲能裝置的壽命和性能，嚴(yán)重時還會造成安全隱患。因此，良好的熱管理設(shè)計是決定電池儲能裝置使用性、安全性及壽命的關(guān)鍵

。

電池儲能熱管理技術(shù)主要有空氣冷卻、液體冷卻、熱管冷卻及相變冷卻。其中，空氣冷卻因結(jié)構(gòu)簡單、成本低而被廣泛應(yīng)用。在空冷熱管理系統(tǒng)的設(shè)計及分析中，科研人員主要關(guān)注空氣流量、電池布局和流道優(yōu)化等

。其中，F(xiàn)an 等

、Mahamud等

、Yu等

、Sun等

分別研究了空氣流量、電池間距、空氣流向、風(fēng)扇配置、風(fēng)道結(jié)構(gòu)對電池散熱性能的影響。沈毅等

、王曉松等

、Wang 等

則提出通過增加擋板、導(dǎo)流板、擾流板等結(jié)構(gòu)設(shè)計，以進(jìn)一步優(yōu)化風(fēng)量分布，改進(jìn)送風(fēng)均勻性。在熱管理系統(tǒng)設(shè)計、分析及優(yōu)化工作中，流動傳熱的數(shù)值計算發(fā)揮了重要作用。然而，現(xiàn)有熱管理系統(tǒng)的流動傳熱數(shù)值研究主要集中于電池單體

，或由若干電池單體構(gòu)成的電池模塊(或電池箱)

。在探討該流動傳熱問題時，電池模塊周圍的進(jìn)口空氣條件常視為均勻，而不考慮電池艙內(nèi)的非均勻流場條件。而對于由若干電池模塊所組成的電池簇，即大容量電池儲能熱管理系統(tǒng)的整體流動傳熱研究較少

。并且，受數(shù)值計算資源和計算時間的限制，在大規(guī)模電池簇?zé)峁芾硐到y(tǒng)的流動傳熱數(shù)值研究中，往往忽略氣流在電池模塊內(nèi)的流動損失，以及電池模塊內(nèi)風(fēng)扇的抽吸作用。實(shí)際上，電池模塊內(nèi)的流動損失是空氣在電池簇中壓力損失的主要來源，影響著空氣在各電池模塊間的流量分配。因此，分開考慮電池模塊和電池簇的流動傳熱特性將給熱管理系統(tǒng)的性能分析、設(shè)計及運(yùn)行能耗管理帶來偏差。

要同時開展電池模塊和電池簇的流動傳熱特性分析，需要的網(wǎng)格量將達(dá)到數(shù)億甚至數(shù)十億規(guī)模。而隨著電池儲能裝置的功率密度和容量不斷增大，將進(jìn)一步給熱管理系統(tǒng)的設(shè)計、性能分析、運(yùn)行維護(hù)的準(zhǔn)確性提出更高要求?；谶@一背景需求，本工作提出電池模塊的多孔介質(zhì)?；椒ǎ捎昧鳠狁詈戏椒ㄩ_展大容量電池儲能熱管理系統(tǒng)性能分析。通過數(shù)值分析獲得的熱管理系統(tǒng)流動傳熱特性，將為其設(shè)計優(yōu)化及運(yùn)行維護(hù)提供依據(jù)。本工作所提出的分析方法，可為大容量集中式電池儲能熱管理系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化提供借鑒。

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1 物理模型

1.1 電池儲能裝置

本工作研究對象為1 MW集裝箱式電池儲能裝置。如圖1所示，電池簇放置于電池艙中，電池艙的幾何尺寸為9.1 m×2.4 m×2.9 m，內(nèi)包括12套電池簇，每套電池簇內(nèi)放置10 臺電池模塊。儲能裝置采用風(fēng)冷散熱方式，熱管理系統(tǒng)主要由空調(diào)、風(fēng)道、風(fēng)扇以及溫度傳感器等構(gòu)成。空調(diào)采用內(nèi)循環(huán)，即只通過外機(jī)進(jìn)行換熱，不進(jìn)行換氣?？照{(diào)將冷卻空氣通過風(fēng)道輸入各電池簇內(nèi)，對電池箱內(nèi)的電池進(jìn)行冷卻，流出電池簇的熱空氣流入空調(diào)的吸風(fēng)口，進(jìn)行冷卻再循環(huán)，如圖2所示。

1.2 電池模塊及電池單體

為進(jìn)一步觀察各電池模塊內(nèi)的流動傳熱特性，圖13 顯示了

方向各電池模塊對稱截面的溫度分布。從溫度分布可以看到，在各個

截面上，電池模塊風(fēng)扇抽吸排出的高溫空氣向左側(cè)(即空調(diào)吸氣口方向)流動匯集，使得氣流溫度不斷升高。氣流與電池模塊固體的傳熱呈現(xiàn)明顯的耦合效應(yīng)，氣流溫度升高后，由于對流換熱，使得冷卻空氣在進(jìn)入左側(cè)電池模塊前就升溫，進(jìn)而造成電池模塊固體溫度更高。

2 分析方法

2.1 計算域

圖3所示的電池模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，如果對本工作計算域中60 個電池模塊進(jìn)行全尺寸數(shù)值計算，則網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)規(guī)模將達(dá)到十億級，這在工程應(yīng)用中極為困難?？紤]到電池單體在電池模塊內(nèi)有規(guī)律地緊密排布，氣流在電池單體密集區(qū)的流動阻力最大，且分配規(guī)律復(fù)雜。根據(jù)空氣在其中的流動情況對該區(qū)域進(jìn)行多孔介質(zhì)?；Ｔ诒竟ぷ餮芯恐?，電池模塊內(nèi)電池單體的分布具有對稱性，主要分為兩個電池單體密集區(qū)，如圖5所示。對電池單體密集區(qū)采用多孔介質(zhì)模型來模擬其流動阻力特性。同時，對多孔介質(zhì)施加熱源模型來模擬電池的放熱過程。

湍流模型方程如下

①fluid——電池簇以外的流體計算域；

②box-out-air——電池模塊中電池單體以外的流體區(qū)域；

本次收治的胸腹部占位性病變60例患者，全部取得病灶組織，且全部穿刺成功，陽性診斷準(zhǔn)確率達(dá)到了100%。細(xì)胞學(xué)與病理學(xué)診斷為：10例腺癌（16.67%），17例肺鱗癌（28.33%），7例小細(xì)胞肺癌（11.67%），1例淋巴瘤（1.67%），1例炎性假瘤（1.67%），1例胸腺瘤（1.67%），2例惡性間皮瘤（3.33%），2例肝轉(zhuǎn)移瘤（3.33%），2例肝癌（3.33%），6例腎轉(zhuǎn)移癌（10.00%），11例腎透明細(xì)胞癌（18.33%）。未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥，肺內(nèi)少量出血2例，極小區(qū)域局限性氣胸2例，未做特殊處理，3d后進(jìn)行CT復(fù)查，氣胸、出血癥狀均消退。

③box-in-air——電池模塊中兩側(cè)電池單體中間的流體區(qū)域；

④por-left——電池模塊中左側(cè)的電池單體區(qū)域(模化成多孔介質(zhì))；

山東還首次建立職業(yè)農(nóng)民職稱制度，將“農(nóng)民”作為一項(xiàng)職業(yè)納入職稱評定范圍，職業(yè)農(nóng)民參加職稱評審不受學(xué)歷、所學(xué)專業(yè)等限制，重點(diǎn)考查業(yè)績貢獻(xiàn)、經(jīng)濟(jì)社會效益和示范帶動作用。同時，建立鄉(xiāng)土人才技能等級評價制度和鄉(xiāng)土人才以賽代評機(jī)制，每三年舉辦一次鄉(xiāng)土人才傳統(tǒng)技藝技能大賽，對前十名授予“山東省鄉(xiāng)村傳統(tǒng)技藝技能大師”稱號。

⑤por-right——電池模塊中右側(cè)的電池單體區(qū)域(?；啥嗫捉橘|(zhì))；

按照粒子速度的頻率響應(yīng)函數(shù)定義，可以給出以測點(diǎn)半徑r1、r2處球面波徑向粒子速度為輸入量的頻率響應(yīng)函數(shù)的計算公式為[13, 18, 20]

圖11是各電池模塊風(fēng)扇出口平均溫度和流量。風(fēng)扇出口平均溫度值的對比進(jìn)一步表明了各電池模塊出口溫度分布的特點(diǎn)，即左側(cè)偏上區(qū)域溫度較高，右側(cè)偏下區(qū)域溫度略低，且高低溫區(qū)域的最大溫差為11 ℃左右。對比風(fēng)扇出口流量分布可以看到，左側(cè)偏上區(qū)域的流量較低，右側(cè)偏下區(qū)域的流量較高，與風(fēng)扇出口平均值分布相對應(yīng)。這反映出，電池艙內(nèi)的熱管理設(shè)計，尤其是風(fēng)道布局，使得各電池模塊內(nèi)的空氣流量分布不均，也是造成各電池模塊內(nèi)溫度分布不均勻的主要原因之一。同時，由于空氣通過電池模塊后整體從右向左流動并沿程吸熱，使得風(fēng)扇出口平均溫度從右向左逐漸升高。

為了驗(yàn)證算法的性能，分別仿真了本文算法與對比算法在不同信源數(shù)時的檢測性能，以及DOA估計的分辨率和估計精度.在仿真實(shí)驗(yàn)中，設(shè)信號頻率為2GHz，天線數(shù)為10，M=3，N=5，c為光速，取c=3×108m/s，噪聲為加性高斯白噪聲.對比算法為文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[13].文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[13]是經(jīng)典的采用虛擬陣列的空域平滑算法，文獻(xiàn)[9]利用連續(xù)虛擬陣列進(jìn)行空域平滑DOA估計，是現(xiàn)有大多數(shù)文獻(xiàn)所采用的算法模型，具有一般代表性，文獻(xiàn)[13]將內(nèi)插技術(shù)引入到基于虛擬陣列的DOA估計中，采用迭代檢測算法，增加了虛擬陣列孔徑，估計精度和分辨率得到了提升.

⑦tunnel——風(fēng)道(薄壁處理)。

2.2 電池模塊的多孔介質(zhì)?；?/h3>

由于電池艙中的電池簇沿中分面呈對稱布局，兩側(cè)各有一臺空調(diào)進(jìn)行冷卻，流場和溫度場具有較好的對稱性，為了節(jié)約計算資源，提高數(shù)值計算速度，采用1/2空間為計算域進(jìn)行分析。

為簡化研究問題，本工作的電池單體密集區(qū)?；癁榫鶆蚨嗫捉橘|(zhì)，且通過的為單相流體介質(zhì)。多孔介質(zhì)模型通過在動量方程中增加源項(xiàng)來模擬計算域中的流動阻力。該源項(xiàng)由黏性阻力項(xiàng)(Darcy)和慣性損失項(xiàng)組成，來源于Darcy-Forchheimer模型

。

中國藥科大學(xué)研究生國際化公開課的教學(xué)秩序由開課院部自行負(fù)責(zé)，開課院部須在開課前一周將具體上課安排報送至研究生院，研究生院對課程進(jìn)行聽課督查。為確保課程的嚴(yán)肅性，學(xué)校要求通過評審并立項(xiàng)的“國際化公開課”，授課教師及授課內(nèi)容原則上不得進(jìn)行變動；確有特殊原因需變動的，需盡快確定新的授課教師和授課內(nèi)容并報請研究生院同意。此外，為提高本校研究生國際化公開課的課堂教學(xué)質(zhì)量，幫助改進(jìn)、優(yōu)化國際化公開課程，研究生院自2017年起對課程滿意度進(jìn)行測評，并要求開課院部指定一位教師負(fù)責(zé)問卷調(diào)查及通知等事宜。

其中

為流體焓的源項(xiàng)，根據(jù)電池單體熱功率給定。

為多孔介質(zhì)的有效導(dǎo)熱系數(shù)，采用流體導(dǎo)熱系數(shù)

與多孔介質(zhì)中固體材料的導(dǎo)熱系數(shù)

的體積加權(quán)平均獲得

本文有兩點(diǎn)理論貢獻(xiàn)。第一，溝通方式對心流體驗(yàn)的影響豐富了營銷溝通理論。傳統(tǒng)的營銷溝通，特別是網(wǎng)絡(luò)營銷中的溝通，更多地強(qiáng)調(diào)溝通內(nèi)容、溝通情境、溝通地點(diǎn)，而本文則從溝通的時間維度對溝通理論進(jìn)行探討，并揭示了同步溝通相對于異步溝通會產(chǎn)生更好的溝通效果。第二，豐富了影響顧客體驗(yàn)的認(rèn)知。隨著互聯(lián)網(wǎng)與社交媒體的發(fā)展，顧客授權(quán)日益為管理者所重視，因此，如何提供顧客體驗(yàn)是實(shí)務(wù)界與理論界所關(guān)注的問題。溝通的時間維度會顯著地影響顧客體驗(yàn)的效果，而顧客的自我表露和心理距離也是不可忽視的要素。

如前所述，由于實(shí)驗(yàn)測量的電池單體各向?qū)嵯禂?shù)不同，因此多孔介質(zhì)的有效導(dǎo)熱系數(shù)也為各向異性。上式中，

為孔隙率，即流體區(qū)域所占空間體積的比值。

為獲得多孔介質(zhì)的流動阻力特性，首先對電池單體密集區(qū)進(jìn)行獨(dú)立的局部流動數(shù)值分析，以獲得壓力損失-速度曲線，從而為下一步開展電池艙的整體流動傳熱分析提供計算條件。圖6是對電池單體密集區(qū)的模型簡化、計算域及計算網(wǎng)格。在數(shù)值計算中，通過給定不同的入口速度，通過數(shù)值求解，獲得對應(yīng)的進(jìn)、出口流動壓力損失，處理后獲得電池單體密集區(qū)的壓力損失-速度曲線。

其中，d

/d

為多孔介質(zhì)單位長度的壓力損失；

為滲透率；

為阻力系數(shù)。由數(shù)值計算獲得的壓力損失-速度曲線可獲得多孔介質(zhì)的滲透率

和阻力系數(shù)

。

2.3 風(fēng)扇特性?；?/h3>

每個電池模塊均設(shè)計有一個風(fēng)扇，用于將電池模塊內(nèi)的熱空氣抽吸出箱體外。風(fēng)扇的增壓效應(yīng)對于電池艙內(nèi)的流動傳熱特性，尤其是空氣流量分配有重要的影響。為減小計算量，將風(fēng)扇區(qū)域模化成薄層風(fēng)扇模型。并將反映風(fēng)扇特性的壓比-流量曲線，轉(zhuǎn)換為壓比-速度曲線，以便于在電池倉的整體流動傳熱分析中進(jìn)行調(diào)用。

2.4 數(shù)值方法及邊界條件

本工作采用有限體積法求解雷諾平均的N-S方程。數(shù)值計算基于Ansys Fluent程序開展，采用標(biāo)準(zhǔn)

-

湍流模型計算該流熱耦合問題，利用二階迎風(fēng)格式離散控制方程，并采用SIMPLEC 方法作為壓力-速度解耦算法，分離式迭代求解控制方程，直至計算收斂。

為減小數(shù)值計算網(wǎng)格劃分的難度，降低計算量，將在不影響流動傳熱主要特性的前提下對電池艙內(nèi)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化。電池艙中存在大面積的薄壁結(jié)構(gòu)(壁厚約為1 mm)，例如：風(fēng)道的鈑金結(jié)構(gòu)，電池模塊的箱體外殼等。其壁厚很薄，且對氣體流動影響很小，計算中均簡化為厚度為零的薄壁面模型，并在傳熱分析中考慮了其材料屬性和壁厚效應(yīng)。此外，電池簇和電池模塊中的倒角、圓角、螺栓、縫隙、凸起小部件等也均進(jìn)行了簡化處理，便于進(jìn)行網(wǎng)格劃分，提高網(wǎng)格質(zhì)量。簡化后的計算區(qū)域如圖4所示，其主要包括如下幾部分：

圖7為電池艙流動傳熱數(shù)值分析的邊界條件示意圖。入口空氣來自于空調(diào)冷卻后的冷空氣，出口邊界為空調(diào)的抽風(fēng)口。由于電池儲能裝置外壁有隔熱層，故假設(shè)外側(cè)壁面為絕熱壁面。計算模型中兩側(cè)均有流體流動的壁面采用流熱耦合計算，主要包括風(fēng)道壁面和電池模塊箱體壁面。其中風(fēng)道鈑金厚度為0.8 mm，電池模塊箱體壁面厚度為1.2 mm。如前所述，為簡化計算，均采用薄層模型，并在傳熱分析中考慮了其材料屬性和壁厚效應(yīng)。

入口邊界條件為速度入口，折合空氣質(zhì)量流量為1.97 kg/s，溫度為25 ℃。出口邊界條件為101.325 kPa?？諝獾奈镄愿鶕?jù)理想氣體狀態(tài)方程計算，其導(dǎo)熱系數(shù)和黏性系數(shù)根據(jù)Sutherland公式進(jìn)行計算。在流熱耦合計算中，風(fēng)道鈑金材料為304不銹鋼，電池模塊箱體為SPCC冷軋鋼板材料，通過查閱《中國材料工程大典》獲得其導(dǎo)熱系數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量，電池單體的導(dǎo)熱系數(shù)為各向異性，分別給定了寬度、厚度、高度方向上的導(dǎo)熱系數(shù)為

10.75 W/(m

·K)、4.32 W/(m

·K)、10.49 W/(m

·K)。本工作數(shù)值分析中，分別探討了電池單體在1.0 C充電速率平均熱功率12 W，以及最大熱功率29 W條件下的流動傳熱特性。

2.5 網(wǎng)格及網(wǎng)格無關(guān)解

本工作采用四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格構(gòu)建流-固耦合計算域，網(wǎng)格示意圖如圖8所示。流體側(cè)網(wǎng)格邊界層區(qū)域進(jìn)行了加密，第一層高度設(shè)置為0.001 mm，此時第一層網(wǎng)格的無量綱高度

<1。網(wǎng)格增長比設(shè)置為1.1，邊界層內(nèi)設(shè)置了12層網(wǎng)格。

對本工作研究問題進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性分析，分別取網(wǎng)格數(shù)量為1082萬、2434萬、5415萬、8742萬4 種網(wǎng)格，計算得到的壓力損失、固體最高溫度如圖9 所示。可以看到，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量在5415 萬時，網(wǎng)格數(shù)繼續(xù)增長對結(jié)果的影響很小，因此采用數(shù)量為5415萬的網(wǎng)格開展后續(xù)計算。

三是還未形成核心服務(wù)產(chǎn)品。Z公司可為入駐企業(yè)提供場地、會務(wù)、安保、保潔、餐飲等基礎(chǔ)服務(wù)，以及人力資源服務(wù)和政策性融資服務(wù)等簡單的增值服務(wù)，但在投融資以及技術(shù)創(chuàng)新等高端的企業(yè)孵化服務(wù)方面的認(rèn)識不夠，未能找到適合入駐企業(yè)及自身切實(shí)需求的核心服務(wù)產(chǎn)品。

3 結(jié)果與分析

3.1 電池艙內(nèi)的流動傳熱特性

圖10 是各電池模塊風(fēng)扇出口的溫度云圖。從圖中可以看出，總體來說，左側(cè)偏上區(qū)域的風(fēng)扇出口溫度較高，而右側(cè)偏下區(qū)域的風(fēng)扇出口溫度較低。而由于計算中考慮了電池模塊內(nèi)的流動情況，單個電池模塊風(fēng)扇出口截面上的溫度分布也呈現(xiàn)明顯的不均勻性，通常截面左側(cè)溫度要高于右側(cè)溫度，這反映出電池模塊箱體內(nèi)部流動傳熱存在不均勻性。

H3假設(shè)成立，補(bǔ)貼優(yōu)惠對無現(xiàn)金支付使用者有很強(qiáng)的吸引力，消費(fèi)者的感知優(yōu)惠較高，感知價值將會提高。支付寶、微信、銀聯(lián)采用各種方式的補(bǔ)貼優(yōu)惠策略開始對線下移動支付市場的爭奪，吸引線下消費(fèi)者，加快線下支付場景的布局。

⑥fan——電池模塊中風(fēng)扇周圍的流體區(qū)域；

為研究空氣經(jīng)過電池模塊前后的溫度變化，圖12 顯示了

方向各電池模塊對稱中截面處的溫度分布和速度分布。從溫度分布可以看到，空氣的主要溫升出現(xiàn)在電池模塊箱體內(nèi)部。在遠(yuǎn)離空調(diào)的

1、

2 截面，空氣在進(jìn)入電池模塊前，其溫度水平較低，基本接近供氣溫度。而在靠近空調(diào)的

5、

6 截面，由于回流高溫空氣的換熱，空氣在進(jìn)入電池模塊前即有了4 ℃左右的溫升，這也是造成各電池模塊風(fēng)扇出口溫度不均勻的原因之一。此外，從溫度分布中還可觀察到電池模塊風(fēng)扇明顯的抽吸效應(yīng)，電池模塊內(nèi)的高溫氣流經(jīng)風(fēng)扇形成射流，并在橫向流動的影響下發(fā)生流動偏轉(zhuǎn)及高低溫氣流的摻混。

帶著這樣的思考，我們進(jìn)行了“智慧珠”實(shí)驗(yàn)，總時長1小時，在初步認(rèn)識實(shí)驗(yàn)材料之后，學(xué)生可按研究興趣分組實(shí)驗(yàn)。

從

5、

4 截面上各電池模塊固體的溫度分布可以看到，電池模塊固體的溫度呈現(xiàn)明顯的不對稱性。以

5 截面上最右側(cè)電池模塊為例，其相對高溫區(qū)呈現(xiàn)從右上到左下的分布特點(diǎn)。這是由于電池單體密集區(qū)?；啥嗫捉橘|(zhì)后，空氣在多孔介質(zhì)內(nèi)的流動方向受到周圍環(huán)境壓力的影響。而冷卻空氣可從3個側(cè)面進(jìn)入電池模塊，電池艙內(nèi)空氣整體從右向左流動，使得冷卻空氣在電池模塊內(nèi)具有從右上向左下的流動趨勢，造成左下區(qū)域的溫度更高。類似的溫度分布特點(diǎn)同樣出現(xiàn)在多個電池模塊中。

3.2 電池模塊內(nèi)的流動傳熱特性

圖3是電池模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)及氣流在其中的流動方向示意圖。電池模塊內(nèi)裝有24 個容量為117 Ah的磷酸鐵鋰電池單體，電池模塊采用12 串38.4 V設(shè)計，每個電池模塊選用2P 的組合方式，容量為234 Ah。電池模塊有3 個空氣入口，分別為后部、左側(cè)和右側(cè)，一個空氣出口，通過風(fēng)扇抽氣后流出。為了更好地組織氣流，通過調(diào)整電池單體的位置布局，使氣冷流能夠沿著電池模塊兩側(cè)流入，從中間通道流出，有利于對電池單體進(jìn)行充分冷卻。電池模塊的幾何尺寸為0.69 m×0.63 m×0.18 m。電池單體的幾何尺寸為70 mm×148 mm×112 mm，其標(biāo)稱電壓為3.2 V。

從速度分布可以看到，空氣在從主風(fēng)道進(jìn)入到電池模塊前的收斂型風(fēng)道時，均存在不同程度的流動分離現(xiàn)象。尤其在

2、

3 截面，存在較大的分離低速區(qū)，由此造成較大的局部壓力損失，以及流量分配不均。這在風(fēng)道設(shè)計中應(yīng)引起注意。

值得注意的是，

5、

4 截面左側(cè)電池模塊和

2、

1 截面右側(cè)電池模塊固體的溫度分布特點(diǎn)差異明顯，高溫區(qū)分別呈現(xiàn)為“正三角”和“倒三角”形狀。對于

2、

1 截面右側(cè)電池模塊，由于電池倉該區(qū)域的空氣從右向左的橫向流動較弱，且低溫空氣不斷從電池模塊左右兩側(cè)進(jìn)入進(jìn)行冷卻，使得電池模塊固體高溫區(qū)域呈現(xiàn)“倒三角”形狀。而對于

5、

4 截面左側(cè)電池模塊，由于電池倉該區(qū)域的空氣溫度已經(jīng)較高，其從電池模塊左右兩側(cè)進(jìn)入后，冷卻效果較弱，使得電池模塊固體高溫區(qū)域呈現(xiàn)“正三角”形狀。

圖14 為各電池模塊中電池單體密集區(qū)(即?；癁槎嗫捉橘|(zhì))的溫度分布，反映的是各電池單體固體的溫度水平?？梢钥吹?，電池單體的溫度差異較大，最大溫差接近20 ℃。各電池單體的溫度分布趨勢與各電池箱體內(nèi)的空氣流量及電池艙內(nèi)的流場和溫度場分布相互對應(yīng)，反映出空氣冷卻設(shè)計布局所產(chǎn)生的影響。同時也能明確看到，由于考慮了空氣在電池模塊箱體內(nèi)的流動，同一電池模塊內(nèi)的兩側(cè)電池單體密集區(qū)的溫度呈現(xiàn)明顯差異，且高溫區(qū)出現(xiàn)的位置也各不相同。

上述分析表明，電池艙的整體空氣流動傳熱特性，對于電池模塊內(nèi)的流動傳熱特性具有重要的影響，導(dǎo)致了電池艙不同區(qū)域的電池模塊形成了不同的溫度分布特點(diǎn)。為獲得更準(zhǔn)確的電池模塊溫度分布，評估熱管理系統(tǒng)的作用效果，就有必要同時考慮電池艙和電池模塊內(nèi)的流動傳熱特性。

3.3 電池?zé)峁β守?fù)荷變化的影響

電池在工作過程中，不同荷電狀態(tài)下(state of charge，SOC)的生熱功率各異。為研究電池?zé)峁β守?fù)荷對電池儲能流動傳熱的影響，分別比較了電池單體在1.0 C充電速率平均熱功率12 W，以及最大熱功率29 W 條件下的流動傳熱特性。圖15 是

1 截面上的溫度分布對比?？梢钥闯?，雖然不同電池?zé)峁β氏碌臏囟人讲幌嗤?，但兩種工況條件下的流場結(jié)構(gòu)和溫度整體分布情況非常接近，依然是左側(cè)區(qū)域溫度最高，右側(cè)偏下區(qū)域溫度最低。同時注意到，隨著電池單體熱功率的增大，電池儲能中的最高溫度提高，高低溫的溫差進(jìn)一步增大。因此，左側(cè)區(qū)域的電池更容易處于超溫乃至熱失控狀態(tài)。

表1是不同電池?zé)峁β蕳l件下電池艙的整體流動傳熱耦合計算結(jié)果對比?？梢钥闯觯姵?zé)峁β蕦﹄姵嘏撨M(jìn)出口壓力損失的影響很小，均為255 Pa左右。而電池艙出口溫度從33.88 ℃升高到46.22 ℃。因此，在不改變電池儲能熱管理系統(tǒng)整體布局的前提下，要降低電池模塊的溫度水平，需要增大空氣流量，或進(jìn)一步降低入口空氣溫度。而考慮到現(xiàn)有電池儲能系統(tǒng)中的溫度差異，則有必要對熱管理系統(tǒng)的布局進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié) 論

本工作針對電池儲能裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了電池模塊的多孔介質(zhì)?；椒?，并針對大容量電池儲能空氣冷卻熱管理系統(tǒng)開展了流動傳熱數(shù)值分析。主要結(jié)論如下：

（1）將電池模塊?；癁槎嗫捉橘|(zhì)后，能大幅減少對數(shù)值計算資源的需求量，為同時開展電池艙和電池模塊內(nèi)的整體流熱耦合特性分析提供了一種方法。

（2）電池艙內(nèi)的風(fēng)道布局設(shè)計，使得各電池模塊內(nèi)的空氣流量分配不均，電池模塊內(nèi)溫度分布與其空氣流量分配具有較強(qiáng)的相關(guān)性。高溫空氣的積聚和換熱，使得部分冷卻空氣在進(jìn)入電池模塊前即有4 ℃左右的溫升，是形成電池模塊高溫區(qū)的另一主要原因。

在水利工程施工中，機(jī)械的使用費(fèi)約占產(chǎn)值的30%。水利行業(yè)特點(diǎn)決定了水利工程施工對機(jī)械設(shè)備有特殊要求：首先要求機(jī)械設(shè)備適應(yīng)水利工程交通不便，受水文、氣象、地形等因素的影響較大及大部分水利工程施工周期較短等特點(diǎn)；其次是要適應(yīng)和滿足水利工程項(xiàng)目自身的施工要求。

（3）電池艙和電池模塊內(nèi)呈現(xiàn)明顯的耦合流動傳熱特性。由于考慮了空氣在電池模塊箱體內(nèi)的流動，電池模塊內(nèi)的固體高溫區(qū)分別呈現(xiàn)為“正三角”和“倒三角”形狀。

（4）電池生熱功率對電池艙氣流進(jìn)出口壓力損失和流場結(jié)構(gòu)影響較小。隨著熱功率的增大，電池儲能中的最高溫度提高，高低溫的溫差進(jìn)一步增大。原本高溫區(qū)域的電池單體更容易處于超溫乃至熱失控狀態(tài)。

為更準(zhǔn)確地評估熱管理系統(tǒng)的作用效果，需要同時考慮電池艙和電池模塊內(nèi)的流動傳熱特性。本工作所提出的分析方法，可為大容量集中式電池儲能熱管理系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化提供借鑒。

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