儲能柜的案例
高防護戶外儲能柜散熱系統優化設計
該儲能柜應用在安徽蕪湖，所處地為北緯31°，設備前門朝南，時間設置為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。環境溫度設為40℃，空調停止制冷溫度設置為25℃，制冷量為1.5kW。儲能柜內發熱元器件建模后，參照表1進行參數設置。
電池艙中，電池為外購產品，無法建立其詳細的電芯模型，只可通過Cuboid簡化建模，并根據表2對電池模組進行參數設置。
根據以上邊界條件，利用Flotherm軟件對儲能柜進行熱仿真分析，得到3種方案電池艙的內部溫度云圖如圖3所示，3種方案中電池艙的平均溫度、平均溫升、最高溫度和最高溫升數據見表3。
由圖3和表3可見，方案一的最高溫升最大，方案二次之，方案三最低。對比3種方案，方案三最優，其熱穩定后電池艙內最高溫度低于電池限功率運行溫度45℃，且艙內平均溫升為5.9℃，可保證鋰電池在一年中的大部分時間里運行在最佳環境中，符合儲能柜邊界設計條件。
2 優化方案熱測試
采用K型熱電偶、數據記錄儀在模擬建設地最高溫度為40℃的高溫箱中進行方案三的熱測試。柜內電池艙共布置8個測試點，其位置為:靠近空調的電池側布置4排共4個測試點，遠離空調的電池側布置4排共4個測試點，并在柜外布置環境測試點1個。
展開 工商業100kW 215kWh風冷儲能柜熱仿真 Icepak模型 ￥80
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<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202407/attachment/6a733b7cf84641ca886bba1271544a09.png" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/6a733b7cf84641ca886bba1271544a09.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/6a733b7cf84641ca886bba1271544a09.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202407/attachment/6a733b7cf84641ca886bba1271544a09.png?
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展開 20210418 儲能電站事故的后續影響
備注：從圖片的設計來看，這些儲能柜進水以后可能出現系統性的絕緣失效，局部存在環流之后引發爆炸
圖3 32131電芯
對比來看，磷酸鐵鋰在儲能站方面的事故其實要少不少。對于新電池來說，不同廠家的產品安全性可能相似，但是電池企業對于磷酸鐵鋰的維護能力在大巴里面是分化的，否則也不會出現在大巴里面一邊倒的占有率差異。
小結：此次事故是誰都不愿意看到的事情，之前電動汽車的起火事故沒有引發人員傷亡真的是一件很幸運的事情。儲能電站由于和居住區比較近，對于消防人員的潛在傷害比較大，2019年美國APS公司在亞利桑那州皮奧里亞部署的電池儲能電站發生火災，四名消防員受傷。隨著儲能、船舶、重工和電動自行車大量采用鋰電池，減少潛在的事故需要很多的努力。
展開 
工采網：新能源汽車電池和儲能安全監測應用解決方案
近年來，在“雙碳”背景下，我國新能源汽車及儲能產業均呈現高速增長態勢。從全球來看，到2025年，預計動力電池出貨量將正式邁入“TWh”時代，儲能電池出貨量將達到460GWh。清潔能源的蓬勃發展，將帶動鋰電池需求的持續增長。電池使用安全的監控也刻不容緩。
一、儲能系統組成示意圖：
系統構成包括：電芯單元—電池模組—電池簇/電池機柜—集裝箱
柜式鋰電池儲能系統也被稱為鋰電池儲能柜，通常以磷酸鐵鋰電池為能量載體，電量大于6200Wh，通過PCS（儲能變流器）進行充放電，僅作為外部儲電和供電使用。常規產品外觀為箱型柜體，箱體外殼采用堅固的金屬材料，體積一般超過3m3、重量超過400kg。箱內主要由多個鋰電池組/模組、1個主控箱和1個溫控系統，1個消防系統組成。
二、新能源汽車介紹
所謂新能源汽車，是相對于傳統以化石燃料為動力的汽車而言，是采用非常規的車用燃料作為動力來源的汽車，目前主要以鋰離子電池和氫燃料電池為主，其中鋰離子電池的占比更大。
不過由于鋰離子天然的特性，使得鋰電池在某些情況下會出現熱失控，氫燃料電池也會出現氫氣泄漏的風險。所以這類新能源汽車確實會存在一定的安全隱患。及時發現隱患，并通過預警系統提醒駕駛員，則顯得尤為關鍵。
三、電池安全問題
無論是儲能系統和新能源汽車，電池使用安全的問題越來越引起大家的重視。
展開 儲能產業鋰電熱失控氫氣泄漏監測
在儲能產業高速發展的今天，鋰電池的安全問題始終是行業關注的核心。其中最具破壞性的故障模式并非單一電芯失效，而是級聯熱失控——即單個電芯故障觸發相鄰電芯連續失效，最終演變成難以控制的火災甚至爆炸，對電池、周邊設備甚至人員造成嚴重危害。
而在這場與時間賽跑的安全攻防戰中，氣體監測，尤其是極早期的氫氣探測，正在成為守住安全底線的第一道關卡。
鋰電熱失控時，電池釋放的氣體成分
鋰離子電池在出現異常時，會產生多種氣體成分，包括氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）以及烴類VOC氣體（如碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC等）。這些烴類VOC氣體通常是電解液中的有機溶劑或其熱分解物。一旦鋰離子電池異常發熱，樹脂材質部件和電解液就會開始熱分解，隨著內部溫度的上升，各種氣體逸散出來。
※ EMC : 碳酸甲乙酯 (Ethyl Methyl Carbonate)、 DEC : 碳酸二甲酯 (Diethyl Carbonate)
DMC : 碳酸二乙酯 (Dimethyl Carbonate)、 EC ： 碳酸乙酯 (Ethyl Carbonate)
熱失控的真實工況下，風機失效的原因
在儲能系統設計中，通風與冷卻設備（風機或空調）被視為控制氣體積聚、降低溫度的關鍵手段。但現實是：在熱失控的真實工況下，風機常常因極端環境而提前失效。
電芯噴射的氣體溫度可達數百攝氏度，流速高且夾雜顆粒物與腐蝕性成分。單個電芯熱失控時，風機尚可維持運轉；但當局部多芯（3-10個）或大規模多芯（超過10%電芯參與）發生熱失控時，高溫、濃煙、氣流沖擊以及控制保護邏輯觸發停機，風機極有可能在氣體最需要被排出的時刻停止工作。
一旦風機失效，可燃氣體在密閉儲能柜內快速積聚，濃度可在短時間內逼近甚至達到爆炸下限（LEL）。
展開 仿真問題無法解決？苦于找不到人？
向大家推薦一些技術鄰優質專家，大家可以根據自己的需求聯系（順序不分前后）：
技術鄰名稱：南風CAEer
技術鄰主頁：https://www.yqgqt.org.cn/z/835395
擅長方向：基于marc，deform, abaqus, ansys, ls-dyna的金屬材料塑性加工, 焊接和熱處理仿真模擬; 基于abaqus, ansys, marc, Franc3D的金屬材料和脆性材料，復合材料的裂紋萌生與裂紋擴展，剩余壽命的有限元仿真與模擬; 基于abaqus, ansys, hyperworks/optistruct的新能源汽車零部件，電池包，車身結構的靜強度，振動，疲勞，沖擊的有限元仿真與模擬，以及結構優化;abaqus，marc，deform二次開發，編程與調試；
技術鄰名稱：唐生取經
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擅長方向：從事CAE/CFD仿真分析多年，精通工程機械、新能源電機、變速器、電池包、儲能柜等仿真與優化工作。對結構模態、隨機振動、沖擊、跌落、擠壓、底部球擊、剛度、強度和疲勞等分析與優化有一定成果。
展開 智用Icepak環境級熱分析助力戶外產品工業設計
三、戶外光伏逆變器
上述分析，產品為箱體結構，除依靠外殼鈑金件對流和輻射外，無額外的散熱措施，顏色對整機溫升確實起到決定性影響，這也是長期以來“戶外電氣柜用淺色”的理論依據。但對于另一類戶外產品，如散熱器外置的光伏逆變器，尚需具體計算。如圖6，箱體尺寸不變，背部增加一散熱器，內部熱源發熱量1500W。環境溫度、箱體和前蓋的表面狀態、太陽輻射設置同前，散熱器材料和表面狀態均取軟件默認值，8種工況的散熱器和前蓋的最高溫度如表2。橘紅前蓋、朝向東、早7點的散熱器和前蓋的溫度場如圖7和圖8。
圖9為逆變器掛墻安裝示意，計算域的MIN Z和MIN Y邊界為wall，熱學特性參考建筑行業規范輻射率取0.8，漫射分數取1，太陽直接熱輻射載荷和漫輻射熱載荷的吸收率均取0.8。注意到MIN Z和MIN Y的面積之和遠大于逆變器表面積，scattering fraction取0.2。橘紅前蓋、朝向東、早7點的散熱器和前蓋的溫度場如圖10和圖11。散熱器再搭配風扇使用的情況，本文不再贅述。
可見，橘紅前蓋的溫升依然高于白色前蓋，掛墻安裝的溫升高于框架安裝，但因為使用了散熱器，高出的幅度有限。此時，外觀顏色的選擇范圍被大大的拓展了。其它類似結構產品，如戶外充電樁，儲能電池柜等，亦可用同樣的分析方法。
四、關于scattering fraction的深度討論
圖3中的scattering fraction，是Icepak 2019的新增功能。幫助中解釋的較為簡略：The scattering fraction specifies the amount of direct solar radiation that is reflected from opaque objects in your model.
展開 變電站直流系統接地故障及應對安全措施
元件接地：
（1）中間繼電器、出口繼電器（35千伏變電站10千伏開關柜儲能回路中間繼電器損壞引起正接地）的絕緣降低；
（2）保護裝置內部元件燒損引起控制電源或裝置電源接地引起的接地故障。
蓄電池接地：
單體電池因故障滲液引起接地（35千伏變電站多節單體蓄電池滲液嚴重引起負接地）。
變電站直流系統接地故障及應對安全措施
元件接地：
（1）中間繼電器、出口繼電器（35千伏變電站10千伏開關柜儲能回路中間繼電器損壞引起正接地）的絕緣降低；
（2）保護裝置內部元件燒損引起控制電源或裝置電源接地引起的接地故障。
蓄電池接地：
單體電池因故障滲液引起接地（35千伏變電站多節單體蓄電池滲液嚴重引起負接地）。
儲能系統中變壓器常見失效分析
不合理的設計會導致電流較大時，變壓器鐵芯磁場強度還處于非線性區域，電流有畸變，即本該在空載時才有的畸變，在電流較大時還存在，導致儲能系統諧波超標。
2.3.2 勵磁涌流
變壓器勵磁涌流過大導致上級跳閘是儲能系統配電柜常見的故障。變壓器在空載時投入或斷電后電壓恢復時，會在變壓器電壓突變的一側產生數值很大的沖擊電流，這就是勵磁涌流。其有如下特點：①最大幅值可以達到變壓器額定電流的 6 ～ 15 倍，可以和短路電流相比；②勵磁涌流程尖頂波，含有大量的非周期分量、高次諧波。
勵磁涌流導致的故障為：誘發配電變壓器上級保護開關跳閘，主回路變壓器前端斷路器無法合閘或合閘時過大的沖擊電流燒壞斷路器，一般應用需要增加軟啟動電路。
2.3.3NTC 預埋工藝
NTC 一般在設計制造時埋入變壓器內部，用來監測變壓器內部繞組或鐵芯溫度，其絕緣處理的厚度、預埋位置會影響到變壓器運行時檢測到的溫度值。批量生產工藝管控不到位的情況下，會導致不同變壓器在同樣工況下檢測的 NTC 溫度差異較大，在保護限值固定的情況下會引起過溫誤報或者實際過溫不保護。
2.3.4 系統匹配
變壓器的系統匹配在儲能系統中暴露過以下問題。
中性線接地問題。儲能系統一般都是應用在 IT 系統中， 即中性點不接地系統，IT 系統一般采用對地絕緣電阻檢測做接地保護，部分客戶將儲能系統接到中性點接地系統的應用，此時原儲能系統中配置的絕緣檢測就要去掉保護裝置， 否則就會出現誤護，應在交流側增加RCD（剩余電流保護裝置），在直流側增加對地絕緣電阻檢測。
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