锂离子电池储能体系的浸没式冷却热办理技能因其结构简略、可靠性高，近年来遭到学术界和工业界的广泛重视。现有研讨报导多选用介电油或氟化液作为浸没冷却工质，但是介电油的高粘度和氟化液的高成本在一定程度上约束了其大规模使用。水作为廉价工质具有优异的传热功能，但其介电特性相对较差。本研讨提出近全深度部分浸没（NFDPI）概念，以处理锂离子电池储能热办理体系中使用水作为冷却剂的应战。经过试验验证NFDPI冷却办法的有效性，并探究NFDPI范围内浸没深度与冷却剂类型对锂离子电池模组热办理功能的影响。数值模仿证明了水在Pack级锂离子电池储能体系NFDPI热办理中具有优异功能。该研讨为锂离子电池储能体系的浸没式冷却热办理提供了新见解。

引言

因为具有高能量密度、长循环寿命以及优异的充放电功能，锂离子电池（Li-ion batteries，LIBs）已成为现代电动汽车与储能体系的中心组件[[1], [2], [3], [4]]。热办理对LIB体系至关重要，因为电池的功能和寿命高度依赖于其工作温度[[5], [6], [7], [8]]。温度过高或过低均可能损坏电池，影响其容量、循环寿命及安全性[9]。锂离子电池（LIB）典型的热办理办法包含自动冷却与被迫冷却。自动冷却选用液体或空气冷却体系，经过使液态冷却剂或空气在电池组内循环流动来消除剩余热量，保证电池工作在最佳温度范围内。被迫冷却则依赖高导热资料与相变资料，经过热传导和相变吸热来调理电池温度[10]。此外，新兴的热办理技能如基于纳米资料的热导涂层和智能温控体系[11,12]，展现出成为通用处理方案的巨大潜力。
近年来，锂离子电池（LIBs）的浸没式冷却技能遭到广泛重视[6,13]。将电池浸没于介电流体中可明显提高散热效率，使电池温度坚持在适宜区间，然后改进温度均匀性、削减部分过热现象，一起提高安全性与使用寿命。当时浸没冷却研讨主要集中在冷却剂选型与流道规划两方面。图1展现了锂离子电池浸没冷却的基本原理。
锂离子电池的浸没式冷却热办理可根据冷却剂是否发生相变分为两相或单相办法。两相浸没冷却体系具有更高的散热能力，并已使用于数据中心冷却范畴[[14], [15], [16], [17], [18]]，但其体系复杂度一般较高。Ju等人[19]对比了风冷、直接液冷与浸没冷却的全体冷却功能：因为风冷传热效率较低，且直接液冷因板间流动受限导致压降明显，这两种办法的功能系数均低于浸没冷却。Wang等[20]比较了天然酯油与矿物油作为电池模块浸没式冷却剂的功能，证明天然酯油体现优于矿物油，使其成为电池热办理体系更高效且环保的替代方案。Han等[21]构建了60单元电池组的三维模型，整合基于理论与试验数据的热源项，发现在2C放电倍率下，该体系能防止部分过热并将最高温度坚持在34。22°C，且经过提高冷却剂流速改进了温度均匀性。Ju等[19]研讨了一种基于自组织流体流动规划的浸没式冷却体系；选用交叉指状歧管体系和棋盘拓扑结构后，锂离子电池的热功能明显提高，最高温度与最大温差分别下降12.56%和43.81%。Zhang等[22]规划了一种鱼形仿生流体导流结构用于锂离子电池组的浸没式冷却，该规划使电池最高温度下降12.2%，泵功耗削减42.1%。值得注意的是，全球首个浸没式冷却储能电站——南方电网梅州宝湖储能电站（坐落梅州五华）已于2023年3月6日投入运营[23]。该储能电站规模达70兆瓦/140兆瓦时。这标志着浸没冷却技能在锂离子电池储能体系热办理中的成功使用。
现在，广泛研讨的浸没式冷却介质主要包含介电油类与氟化液两类[[24], [25], [26]]。介电油涵盖植物油、矿物油、硅油及天然酯类介电油[27]；氟化液则包含氢氟醚、全氟烯烃和全氟聚醚[28]。水作为常规传热流体亦可使用于锂离子电池浸没式热办理，为防止低温冻结，可经过掺入乙二醇（EG）完成防冻。表1汇总了常见冷却介质的要害热物性参数。
介电油与氟化液均具有介电特性，可直触摸摸电池电极而不会引发短路。但是，介电油的高黏度特性与氟化液的高成本问题，均不利于二者在锂离子电池浸没式冷却中的大规模使用。就热物理性质而言，水相较于油基冷却剂与氟化冷却剂具有明显优势。水的热导率是油的4-5倍，约为各类氟化液的10倍，这使得电池发生的热量可以以高速率耗散。一起，水具有其他任何液体都无法比拟的比热容。高比热容冷却剂意味着其在吸收或释放相同热量时温度变化更小，这有助于坚持体系温度稳定性。就密度而言，水与油均低于氟化液，其间水的密度略高于油。使用相同体积下密度更低的冷却剂可减轻电池组重量。
近期研讨报导了在特定条件下使用水作为锂离子电池浸没冷却剂的可行性。Justin等[29]选用数值模仿研讨了包含去离子水在内的多种冷却剂对锂离子电池的单相浸没冷却功能，成果标明水作为浸没冷却剂具有优异的温控能力。Luo等[30]提出了一种选用水作为冷却介质、配备特殊密封圈与螺纹盖结构的浸没冷却体系，该规划可防止水与电池电极触摸；数值模仿成果标明，在3C放电倍率下，仅需较小水流量（200 mL/min）即可保证电池组最高温度低于50°C。Li等[31]开发了水与环氧基相变资料结合的浸没冷却体系，在3C放电条件下完成了最高温度42°C、最大温差低于2°C的功能体现。Zhou等[32]选用聚氨酯作为锂离子电池表面绝缘涂层，以水替代介电流体作为浸没式冷却介质。
虽然介电流体仍是锂离子电池浸没冷却研讨中的干流选择，但以水作为冷却剂的可行性正日益遭到重视。当选用水对锂离子电池进行全浸没冷却时，可能导致电池正负极之间构成短路。因而有必要保证水与电池极耳坚持隔离。关于极耳坐落顶部的方形电池而言，经过操控液位完成水与极耳的分离并不困难。现在经过结构优化或运行改进来下降此类危险的研讨甚少，这标明该范畴亟需更多探索。
本研讨针对储能体系中常用的棱柱形锂离子电池，提出了一种以水为冷却剂的近全深度部分浸没（NFDPI）冷却办法。该办法将冷却液浸没深度操控在略低于电池极耳与安全阀地点顶面的方位，保证水体不触摸电极然后防止短路危险。经过试验研讨验证了以水为冷却剂的NFDPI方案的冷却功能。随后，建立了电池模块的数值模型，以评价储能电池组在实践使用中的热办理功能。试验与模仿成果均标明，水具有良好的热办理能力。关于锂离子电池储能体系而言特别如此——选用水作为浸没式冷却介质不仅能提高热办理功能，还可下降体系建设与运营成本。

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