小型储能系统模块散热优化

当前世界能源问题日益突出，一方面人们在不断发展各种新型可持续能源，另一方面在能源的合理、有效应用上加大投入。储能系统在电力资源的生产、运输、储存和使用等各个环节发挥的作用愈发明显。储能系统对电网而言能起到削峰填谷、改善电能质量、紧急备用等作用。磷酸铁锂电池作为一种新型电池，以其突出的安全性能越来越受到关注。在储能系统领域，美国的A123系统公司和国内的比亚迪公司等都制造了MW级的磷酸铁锂电池储能站。由于磷酸铁锂电池合适的工作温度为0℃-45℃，并且单个箱体模块中的电池温差需要控制在3℃以内。对储能系统的电池模块进行散热设计和优化就非常必要，因此本课题研究具有十分重要的实际指导意义。 本文以SolidWorks2014为计算机辅助设计软件，以SolidWorks Flow Simulation为有限元仿真软件工具，以一款小型储能系统的电池箱体模块的散热设计及优化为研究对象。 首先，由于温度的不均匀会影响电芯模块的一致性，进而影响寿命和安全性。本文测量了所采用的磷酸铁锂电芯的容量、内阻、放电平台及寿命受温度的影响。 其次，建立了电芯模块三维模型，并进行了合理的简化。计算简化的电芯模块的热物理参数：密度、比热、导热系数等。设定电池模块在常温条件下，以1C恒定电流持续放电，电芯模块在串行方式下散热。结果表明，模块最高温度达41℃，模块间最高温度差约为6℃。 最后，本文对电池箱体的并行散热方式进行了优化，并在入口风道内增加挡板，使得冷却气体分成多个相对等速的支流，以达到散热均匀的目的。通过仿真计算，最终电池箱体模块在模拟工况下，电芯模块的最高温度为35℃，各模块的最高温度差异在2.8℃以内，达到了设计目的。