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风冷储能电池集装箱热仿真分析目的在储能系统产品研发设计过程中,热仿真分析软件能够比较真实的模拟系统的热分布状况,在产品设计阶段对储能电池集装箱进行热仿真分析,可以准确定位模型中的温度。

风冷储能电池集装箱热仿真分析

业务内容:

集装箱/工商储能热仿真分析、结构设计优化已为50+家储能企业提供服务,199 4191 2022 徐经理


储能主要仿真类型:

大储:集装箱式储能系统、中/小储:工商业储能、户储

储能电池集装箱热仿真分析

1.储能电池系统充放电循环散热分析:电芯温度不超过某个阈值,温差小于某个值;

2.CFD模拟:风冷系统的风道设计、液冷系统管路设计;压损及流速设计

3.CAE分析:静载荷仿真、吊装仿真、运输仿真、振动仿真、冲击仿真等


案例1:储能电池集装箱热仿真

 集装箱两侧各簇电池,分别由两台额定制冷量的一体机提供制冷换热,空调通过顶部风帽和背部风道与电池簇连接,通过冷热风隔离,达到了精确的目的。这种设计是目前比较主流的一种风道结构形式。

120*25由于集装箱两侧的电池系统配置相同且做冷热风隔离,两侧的热仿真模型是一样的,所以只需对单侧的储能电池系统做热仿真即可。下图1.8为单侧储能电池系统仿真分析模型图。

集装箱单侧仿真分析模型图

储能集装箱热仿真分析


仿真目的

  在储能系统产品研发设计过程中,热仿真分析软件能够比较真实的模拟系统的热分布状况,在产品设计阶段对产品进行热仿真分析,可以准确定位模型中的温度,通过对模型的修改或者采取必要的改善措施,消除其热设计不佳问题。合理利用热仿真分析软件进行热设计,可以提高产品一次设计的成功率,从而缩短研发周期并降低研发成本。


项目地点环境

当地为,夏季温度较为炎热,冬季温度较低。通过查询了江苏镇江市的丹徒、丹阳、句容、润州、扬中等地区近5 年的天气资料环境温度为-10~40℃。电芯采用的磷酸铁锂电池;电池内部设计是共个电芯,采用并串连接方式;每簇电池架设计是个电池串联。整个尺高柜集装箱内共簇电池架。布局图如下图所示。

储能集装箱热仿真分析(图1)

仿真工况:

1.运行工况:储能系统运行工况为0.5C倍率连续充放一个循环。

2.本分析报告只是对40储能系统电池仓室做的热仿真分析。


发热量计算:

0.5C充放电过程单个电芯的发热量Q1为0.8W;

单个电池Pack的发热量Q2=Q1×48=38.4W;

单个电池架的发热量Q3=Q2×38=1459.2W;

整个集装箱的发热量Q总=Q3×10=14.59kW;


部分热仿真结果:

图集装箱单侧速度云图

储能集装箱热仿真分析(图11)

集装箱单侧温度云图

储能集装箱热仿真分析(图6)

应用热仿真软件对集装箱内单侧储能电池系统进行仿真运算。下图1.9和图1.10分别为单侧储能系统的速度云图和温度云图。结果显示此储能系统方案热设计满足要求。


集装箱强度仿真结果:

从仿真分析结果可看到,底封板有点状屈服(铁灰色),由应力集中引起,可综合设备功能使用要求,评估判定结构是否安全。

集装箱强度仿真


案例2:集装箱式储能系统-风冷散热分析

集装箱式储能系统是由数块锂电池紧密排列构成,储能系统在进行充电及放电时,系统内部的电池会产生大量的热量,由于锂电池排列较为紧密,间隙较小,导致电池所产生的热量很难快速排出,电池组之间会出现热量聚集、运行温差较大等现象。 

集装箱式储能系统

本案例通过NFX CFD散热分析模块,利用流固共轭传热功能计算了集装箱式储能系统在电池温升过程,分析了集装箱内部的通风效率以及系统内部对流散热特性。


集装箱式储能热仿真结果

集装箱式储能热仿真结果

本次计算集装箱式储能系统主要考虑部件为岩棉集装箱体,箱体为10.6m*3.5m*2.8m的长方体集装箱、9台电池机组、2台配电柜机箱,电池机组及配电柜机箱中考虑恒定温升热源,电池简化为体积0.27m³的长方体热源,配电机箱中考虑体积为0.165m³热源,并利用NFX中一键抽取流体域功能;


其它热仿真案例:

承接热仿真分析,传热分析,散热分析,太阳热辐射分析,涉及芯片半导体、电子电器、医疗器械、汽车等行业。

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