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為了早日達到“碳達峰、碳中和”的目標，全國各地正在火熱地建設(shè)智能電網(wǎng)。儲能作為智能電網(wǎng)的中間調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，可實現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷，提高電力設(shè)備的利用率和電網(wǎng)穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)的安全可靠。隨著儲能設(shè)備需求的旺盛，定制化的要求也越來越多。如何快速響應(yīng)市場需求，以價格更低、性能更可靠的儲能設(shè)備提高市場的占有率越發(fā)顯得重要。目前，儲能市場的競爭日趨激烈，降本增效勢在必行。儲能設(shè)備散熱系統(tǒng)的合理化設(shè)計，仍是結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心技術(shù)難題。本文運用熱仿真軟件分析對比了散熱系統(tǒng)的3種送、回風方式的散熱效果，并通過高溫箱模擬高、低溫進行熱測試，熱仿真與熱測試相結(jié)合，以最快的速度、最低的成本實現(xiàn)散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。

1 高防護戶外儲能柜散熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計及對比

本文所提及的產(chǎn)品是容量為100kW·h的高防護戶外儲能柜，其防護等級可達IP55。該柜創(chuàng)新地采用組合式散熱系統(tǒng)，其中對溫度和環(huán)境敏感度高的電池艙采用空調(diào)散熱系統(tǒng)，對溫度和環(huán)境敏感度低的配電艙采用風冷散熱系統(tǒng)。由于風冷散熱系統(tǒng)的設(shè)計較為成熟，且成本已壓縮到極限，因此此次組合式散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計只針對電池艙的空調(diào)散熱系統(tǒng)進行。電池艙優(yōu)化共設(shè)計出3種方案，通過熱仿真軟件Flotherm進行分析對比，擇優(yōu)選用。

方案一為電池艙空調(diào)的出風和回風均為自由進出風；方案二在電池艙空調(diào)的出風口加裝專用風道；方案三是在方案二的基礎(chǔ)上，局部加上風機輔助出風，可實現(xiàn)遠離空調(diào)的柜體能夠均分空調(diào)吹出的冷風。3種方案的示意圖如圖1所示。其中方案三風機的理論選型設(shè)計如下:電池艙內(nèi)空調(diào)出風口均分為三路，其內(nèi)循環(huán)風機的風量為380m³/h，則每一路出風口的平均風量約為130m³/h，由風機的風壓理論推導(dǎo)公式可得出，單個風機壓力損失P=12.7Pa，據(jù)此初步選擇型號為8030的直流風機。根據(jù)其P－Q性能曲線圖可知，兩臺風機的自由風量相加為160m³/h，且在壓力為10～15Pa時，兩臺風機的有效風量為120～140m³/h，理論估算出的風量和風壓均滿足設(shè)計需求，故風機選型符合設(shè)計要求。

高防護儲能柜的組合式散熱系統(tǒng)理論上是風冷組合式散熱系統(tǒng)，采用Flotherm軟件進行熱仿真，軟件中Model Setup設(shè)置時，需考慮到熱傳導(dǎo)和對流換熱，選用Flow and transfer解決方案，選擇湍流模型中的Automatic Algebraic選項，軟件可自動計算出湍動黏度，適用于小空間風冷電子設(shè)備散熱仿真的絕大多數(shù)情況。流體特性定義為:海平面1個標準大氣壓下40℃空氣的物性參數(shù)，并定義缺省的環(huán)境溫度為40℃。打開輻射開關(guān)，根據(jù)儲能柜建設(shè)地的經(jīng)緯度定義太陽輻射的角度和強度。設(shè)置Solver Control時，選擇多網(wǎng)格求解器，迭代步數(shù)為500步，F(xiàn)anRelaxation選用0.7，并選用usedoubleprecisionsolver選項，這樣設(shè)置有助于計算結(jié)果的收斂。自由對流風速、監(jiān)測點溫度和壓力等其他參數(shù)采用軟件默認參數(shù)。

網(wǎng)格劃分時，對系統(tǒng)網(wǎng)格進行全局約束，在考慮計算機計算能力的基礎(chǔ)上，需全力確保網(wǎng)格的質(zhì)量。為了確保能夠掃描到最小模型上的最小網(wǎng)格，設(shè)置網(wǎng)格最小尺寸為1mm，最大尺寸為30mm，并打開smooth按鈕，調(diào)整平滑過渡參數(shù)，使得網(wǎng)格的長寬比無劇烈的變化。同時對風扇和空調(diào)進、出風口等流場變化劇烈的地方局部加密和網(wǎng)格膨脹，風扇的長、寬方向網(wǎng)格膨脹距離為25%，厚度方向為100%，并確保風扇長、寬方向不少于25個網(wǎng)格，膨脹區(qū)域不少于6個網(wǎng)格，風扇厚度方向和膨脹區(qū)域各不少于15個網(wǎng)格。經(jīng)以上設(shè)置，劃分好的系統(tǒng)網(wǎng)格在300萬個左右，最大長寬比在20以內(nèi)，網(wǎng)格質(zhì)量較好。其中重點關(guān)注的流體域電池模組的網(wǎng)格劃分如圖2所示。

該儲能柜應(yīng)用在安徽蕪湖，所處地為北緯31°，設(shè)備前門朝南，時間設(shè)置為7月下旬中午1點，太陽輻射強度為904W/㎡，圖2中箭頭為太陽輻照角度。環(huán)境溫度設(shè)為40℃，空調(diào)停止制冷溫度設(shè)置為25℃，制冷量為1.5kW。儲能柜內(nèi)發(fā)熱元器件建模后，參照表1進行參數(shù)設(shè)置。

原標題：高防護戶外儲能柜散熱系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計