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在电化学电池储能系统（BESS）中，锂离子电池（LIBs）放电散热不足影响性能。研究人员整合伪二维（P2D）电化学与三维热模型分析 BESS 内的热过程。结果表明优化散热条件可提升性能，为 BESS 热设计优化提供理论依据。
随着工业的飞速发展，化石燃料的过度使用引发了一系列严重问题，环境污染日益加剧，资源也逐渐走向枯竭。在这样的大背景下，开发可再生能源成为了应对危机的关键举措。然而，可再生能源存在着间歇性和分布不均的特性，这使得能源的供需难以平衡。为了解决这一难题，电池储能系统（Battery Energy Storage System，BESS）应运而生。
在众多 BESS 中，锂离子电池（Lithium - Ion Batteries，LIBs）凭借其高能量密度、无记忆效应、低自放电率以及长循环寿命等优势，得到了广泛应用。但 LIBs 在放电过程中会产生大量热量，如果散热不及时，电池的性能就会大打折扣。当电池温度超过 318.15K 时，电池容量会下降，甚至可能引发火灾、爆炸等危险情况；而当温度低于 288.15K 时，电池的内阻会增大，可用容量也会受到限制 。由此可见，提升 BESS 的散热效率，优化其热管理结构迫在眉睫。
国内的研究人员针对这一问题展开了深入研究。他们将伪二维（Pseudo - Two - Dimensional，P2D）电化学模型与三维热模型相结合，对 BESS 内部的热量产生和传递过程进行了详细分析。相关研究成果发表在《Chinese Journal of Chemical Engineering》上，为 BESS 的热设计优化提供了重要的理论支持。
在研究方法上，研究人员运用了两种主要的关键技术。一是构建三维模型来模拟 BESS 内的温度分布情况；二是通过生成的平均温度和热源，将不同维度的模型进行整合。研究中的 BESS 由 10 个电池组构成，每个电池组包含 24 个 NCM111 电池，这些电池按照特定方式排列成 3 个模块。
下面来看具体的研究结果：
- 电池温度对性能的影响：电池温度是影响电池健康和安全的关键因素。LIBs 的最佳工作温度范围在 288.15K 到 308.15K 之间。超出这个范围，无论是过高还是过低的温度，都会对电池性能产生负面影响，如容量下降、内阻增大等。
- 空气冷却的效果：研究发现，空气冷却能够有效提升大规模 BESS 的散热性能。在 293.15K、3m?s?1的空气冷却条件下，BESS 的最高温度为 308.60K，温差为 9.22K，这样的温度条件能够保证 BESS 的安全运行。
- 优化散热的策略：在 1C 放电倍率下，研究人员提出增大进、出口面积可以提高空气冷却效率；在放电 2400 秒后转换环境空气冷却温度，能够有效降低温差，同时减少冷却设备的能耗。
从研究结论和讨论部分可以看出，该研究有着重要的意义。通过整合电化学和热模型，研究人员深入了解了 BESS 内部的热过程，找到了优化散热的有效方法。空气冷却作为一种散热方式，在合适的条件下能够显著降低电池的平均温度和最高温度，将最大温差维持在 BESS 的正常运行范围内。并且，研究提出的优化策略，如调整进出口面积和转换冷却温度，为实际应用中 BESS 的热管理提供了具体的指导方向。这不仅有助于提高 BESS 的性能和安全性，还能降低运行成本，为可再生能源的高效存储和利用奠定了坚实基础，对推动电池储能技术的发展有着不可忽视的作用。
