海拔高度对储能锂电池包强制风冷系统影响的热仿真分析及优化设计

自然条件恶劣的高海拔地区对储能设备的环境适应性提出了严峻的挑战。而作为储能设备核心的锂电池包,因其在工作过程中会大量产热导致温升、温差过高,因此需要实施严格的热管理方案。显然,海拔高度的变化将直接对锂电池包的散热性能产生影响。因此,为了评估储能锂电池包在不同海拔工况下的热特性,本工作以某强制风冷系统为研究对象,首先阐述了海拔高度变化对于电池系统参数的具体影响,接着通过数值模拟探究了海拔高度从0~4000 m变化对于电池温度特性的影响,最后针对高海拔工况提出散热结构的优化方案。结果表明:海拔高度变化主要是通过改变空气参数及风扇特性从而影响风冷系统的热特性;随着海拔高度的提升,电芯温升和温差均有不同程度增加;且当海拔高度高于1000 m后,温升增加率较高;在高海拔工况下,通过增加进风口面积和提升风扇转速的优化方案可以有效降低系统电池的温升和温差。本工作为今后储能电池系统在高海拔的工程应用提供详细的温度数据、规律及优化参考。

储能锂电池包强制风冷系统散热设计及热仿真分析

为了开发更高效的储能风冷热管理方案,以锂电池包为研究对象,提出了一种“侧向间隙进风,前端出风”的新型强制风冷散热系统。采用数值方法研究了进口速度、高度和温度对于该风冷系统散热性能的影响。通过实验测量对数值计算进行了验证,实测结果与仿真结果显示了良好的匹配性。研究结果表明:在该强制风冷系统下,电池温度敏感区位于最前和最后端电芯。该区域温度最高,而循环涡的产生有助于降低该处温升;相比于端部电芯,位于中部的电芯表面温度较低,且温度分布更为均匀;进口速度和高度的增加不同程度地降低了电芯整体的温升和温差,而进口温度变化对于温升和温差的影响并不明显。

基于OptiStruct的储能电池包运输条件下的结构安全分析与优化

储能电池包的运输过程是其结构强度评估关注的重点,对电池储能系统的可靠性具有重要的意义。为实现某型储能电池包在运输条件下的结构安全性设计,基于有限元分析方法建立电池包精细化仿真模型,研究电池包模态与极限工况下的强度。通过扫频测试,从频率和振型上验证了模型的有效性,仿真与测试各阶频率偏差不超过10%;提出了满足频率和强度要求的结构设计。结果表明,电池包前3阶模态主要为电池模组振动,振型分别为模组横向、垂向与扭转;极限工况下,电池包应力主要集中在端板与下箱体连接部位,其余部件应力水平较低;优化设计后,电池包第1阶固有频率由15.3 Hz提高到23.4 Hz,极限应力由1 594 MPa下降到321.2 MPa,满足结构安全性要求。分析和优化方法对储能电池包在运输条件下的结构设计具有现实的指导意义。