面向电网应用的新型液态金属电池热特性研究

随着我国经济结构的转型升级,国家把发展新能源产业作为顺应科技潮流、推进产业结构调整的重要举措。作为促进新能源(太阳能、风能等)发电消纳的关键—储能技术正得到了越来越广泛的关注和发展。液态金属电池(Liquid Metal Batteries)是近年来发展起来的一类新型电化学储能技术。它具有廉价、高效、长寿等优点,是非常适合于电网大规模储能应用的新技术,有望在不久的将来解决大规模可再生能源(太阳能、风能等)入网问题。液态金属电池是一种高温电池,维持电池单体在一定的温度下是保证其正常工作运行的前提条件。另外对于大规模储能用的电池堆而言,维持一定体积的保温箱内温度分布的均匀,使得电池组中各电池单体之间的温度差异较小是保证电池单体一致性,提高电池堆工作效率的关键。因此,对于液态金属电池来说,无论是电池单体还是电池组,了解和分析电池单体内部或电池组内的温度分布情况对于后期电池温度管理系统的设计至关重要。本文依托国家自然科学青年基金项目“面向电网储能的液态金属电池安全特性研究”和华中科技大学-长沙威胜集团公司“液态金属电池应用研究”合作项目,以液态金属电池为研究对象,运用实验和仿真相结合的方法对电池单体和电池组的温度场进行研究,为液态金属电池热管理系统设计提供技术支持。本文的主要研究内容可以概括为:1、液态金属电池性能测试和分析。通过实验的方法研究液态金属电池单体的充放电特性和温度特性,揭示温度对电池性能的影响规律。2、液态金属电池单体温度场的仿真。主要是通过搭建电池单体几何模型,确定电池模型的初始条件和边界条件,得到电池单体内部温度分布;通过仿真分析影响电池温度分布的因素,分析实现液态金属电池自加热的条件;并从数学推导和实验测试的角度进行验证。3、液态金属电池模块温度场的仿真。主要是搭建电池组几何模型,通过仿真掌握不同加热方式下电池组温度分布规律;分析比较不同加热方式下保温箱内电池温度分布的均匀度以及能耗,为电池模块加热方式的选择提供理论指导。