储能集装箱热设计——制冷量计算

储能集装箱热设计上篇——制冷量计算

张弓一

储能集装箱散热设计可以分为三部分：制冷量计算、风道设计、热仿真，此篇先进行制冷量计算，为了便于理解，现在以一个实际案例进行说明：

一个2MWh锂电池储能集装箱，安装到40尺高柜内，内部安装24簇储能电池，每簇电池采用15个LG48126电池串联，LG48126外观见下图所示:

集装箱环境温度范围-15℃~45℃，运行工况为1C倍率连续充放1个循环。1C工况下每个Module电池发热功率0.23kW，见下表：

Module在1个循环完成时总发热量:

Q1=0.23kWx2hx3600≈1656kJ

总发热量会分为两部分：

一部分转化为Module自身材料的温升，另部分通过电池的散热设计散

到Module外部，而这部分的热量就是需要空调的最小制冷量。 Module内各种材料构成及特性见下表： PACK构成材料及其特性 序号 1 2 3 运行时间 材料 质量m （kg） 壳体及铜排 6kg 电芯 33kg 比热容C （J/kg.K） 871 1015 1900 传热系数 （W/m.K） 202 水平：30 垂直：0.8 0.2618 4kg 其他（ABS+PC） 2hour 电芯以外的结构件的质量占比很小，而且温升也小，在计算时可作为设计余量忽略，Module实测时1个循环电芯平均温升ΔT=19℃（电芯温度电芯最高温升21℃，电芯最大温差4℃，电芯间温差均匀），如下所示：

1CP

Module在1个循环吸收的热量:

Q2=CmΔT=1015x33x19≈636kJ

整个集装箱电池需要的最小空调显冷功率:

q=(Q1-Q2)x15x24/2≈51kW

备注：计算结果为空调最小制冷功率需求，在空调选型时还需综合考虑集装箱外部环境温度、集装箱自身保温性能等

集装箱外部环境对内热传导功率：

q=KTA/d K:保温层导热系数 T：集装箱内外温差 A:集装箱表面积 d:保温层厚度