本發(fā)明涉及儲(chǔ)能集裝箱，尤其是一種儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法。

背景技術(shù)：

1、隨著儲(chǔ)能行業(yè)的高速發(fā)展，儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)不斷朝集成度更高的“集裝箱+”方向發(fā)展，其內(nèi)部配套的液冷系統(tǒng)、風(fēng)冷系統(tǒng)、抽氫氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求也隨之提高，僅僅依靠經(jīng)驗(yàn)很難完成完整的設(shè)計(jì)，因此需要借助專業(yè)的cfd仿真軟件為集裝箱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定的數(shù)據(jù)參考依據(jù)。

2、由于儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜且整體模型較大，現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)的仿真處理方法，存在兩種極端形式：

3、①仿真時(shí)不對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，直接對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行劃分網(wǎng)格計(jì)算，一方面由于網(wǎng)格數(shù)量非常多，對(duì)工作站的配置要求極高，且計(jì)算也非常耗時(shí)，另一方面集裝箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，結(jié)果不易收斂，得不到正確的結(jié)果。

4、②仿真時(shí)對(duì)于模型的處理過于簡(jiǎn)化，如忽略百葉窗、過濾棉壓降影響以及各倉室的相互影響等，對(duì)結(jié)果的精度不足，直接影響關(guān)鍵部件的選型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)合理的儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，不僅不影響仿真計(jì)算精度，而且等效后的模型網(wǎng)格數(shù)量相對(duì)較少，易收斂，極大地保證了仿真計(jì)算結(jié)果的精確性。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，所述儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)包括電池倉、水機(jī)倉、抽氫室，模型等效處理方法包括對(duì)電池倉、水機(jī)倉、抽氫室的等效簡(jiǎn)化處理；

4、對(duì)電池倉進(jìn)行等效簡(jiǎn)化處理時(shí)，將電池倉中電池包、高壓盒的能量源類型選定為總熱源并輸入熱功率值，將太陽輻射產(chǎn)生的熱量以發(fā)熱功率賦予集裝箱外殼；

5、對(duì)水機(jī)倉的等效簡(jiǎn)化處理，包括對(duì)風(fēng)扇、過濾棉、百葉窗的等效簡(jiǎn)化處理；

6、對(duì)抽氫室的等效簡(jiǎn)化處理，包括對(duì)風(fēng)扇、過濾棉、金屬網(wǎng)孔板的等效簡(jiǎn)化處理。

7、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

8、將集裝箱內(nèi)部空氣域作為一個(gè)熱源，對(duì)熱源賦予熱功率，以等效經(jīng)由密封件進(jìn)入集裝箱內(nèi)部的熱量。

9、將電池倉中電池包、高壓盒等效簡(jiǎn)化為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，保證簡(jiǎn)化前后模型的表面積、體積相當(dāng)。

10、計(jì)算由電池包釋放到集裝箱中的熱功率值，步驟為：

11、第一步：經(jīng)hppc法測(cè)量單體電芯的發(fā)熱功率隨時(shí)間變化的曲線；

12、第二步：建立電池包模型，對(duì)單個(gè)電池包模型進(jìn)行充放電仿真計(jì)算，得到特定環(huán)溫下單個(gè)電池包散失到空氣中熱功率隨時(shí)間變化的曲線；

13、第三步：將第二步中仿真結(jié)果,與電池包充放電試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，完成參數(shù)校準(zhǔn)；

14、第四步：校準(zhǔn)第二步中的電池包模型，通過仿真計(jì)算，得到不同溫度下，單個(gè)電池包充放電過程中散失到空氣中熱功率隨時(shí)間的變化曲線，并最終得到散失到空氣中平均熱功率隨溫度變化的曲線；

15、第五步：結(jié)合電池包數(shù)量，獲得電池包釋放到集裝箱中的熱功率值。

16、所述太陽輻射產(chǎn)生的熱量，為太陽輻射下集裝箱吸收的熱量，熱量計(jì)算公式為：

17、

18、其中，q為集裝箱外壁面發(fā)熱量；ε為發(fā)射率系數(shù)；σ為stefan-boltzmann系數(shù)5.67×10-8w/m2k4；th為外部環(huán)境的絕對(duì)溫度，單位為k；tl為集裝箱整體平均溫度，單位為k；ah為集裝箱表面積；t為時(shí)間，當(dāng)t＝1s時(shí)，q為發(fā)熱功率。

19、采用零厚度的風(fēng)扇交界面作為風(fēng)扇的簡(jiǎn)化模型，施加跨過風(fēng)扇交界面的壓力躍變；在風(fēng)扇交界面兩側(cè)截取平行于交界面的平面，在平面處監(jiān)控風(fēng)扇兩側(cè)靜壓。

20、由于過濾棉厚度方向尺寸遠(yuǎn)小于其他方向尺寸，將過濾棉簡(jiǎn)化為一維流阻力的多孔擋板，結(jié)合過濾棉流速-壓降數(shù)據(jù)組進(jìn)行參數(shù)擬合，獲得慣性阻力系數(shù)、粘性阻力系數(shù)；設(shè)定過濾棉的交界面為網(wǎng)孔擋板交界面，并設(shè)置慣性阻力系數(shù)、粘性阻力系數(shù)。

21、考慮百葉窗內(nèi)部結(jié)構(gòu)，建立百葉窗實(shí)體三維模型，仿真獲得系統(tǒng)層級(jí)下通過百葉窗內(nèi)部的風(fēng)量、百葉窗內(nèi)部空氣的流場(chǎng)跡線圖、百葉窗兩側(cè)壓降。

22、由金屬網(wǎng)孔板的孔隙率計(jì)算獲得網(wǎng)孔板阻力系數(shù)，如下：

23、

24、其中，f為金屬網(wǎng)孔板的孔隙率，lc為網(wǎng)孔板阻力系數(shù)；

25、選定金屬網(wǎng)孔板的交界面為網(wǎng)孔擋板交界面，并設(shè)置阻力系數(shù)。

26、將電池倉的進(jìn)口類型選定為質(zhì)量流量進(jìn)口，出口類型選定為質(zhì)量流量出口；將水機(jī)倉的進(jìn)口類型選定為壓力進(jìn)口，出口類型選定為壓力出口；將抽氫室的進(jìn)口類型選定為壓力進(jìn)口，出口類型選定為壓力出口。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

28、本發(fā)明思路緊湊、合理，操作方便，通過運(yùn)用理論建模方式對(duì)模型相對(duì)復(fù)雜的儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)進(jìn)行等效處理，包括對(duì)電池倉以及水機(jī)倉、抽氫室中的風(fēng)扇、過濾棉、百葉窗、金屬網(wǎng)孔板進(jìn)行等效處理，不僅不影響計(jì)算精度，而且等效后的模型網(wǎng)格數(shù)量相對(duì)較少，易收斂，極大地保證了仿真計(jì)算結(jié)果的精確性。

29、本發(fā)明還包括如下優(yōu)點(diǎn)：

30、本發(fā)明中，將風(fēng)扇實(shí)體模型等效成風(fēng)扇交界面模型，將過濾棉、金屬網(wǎng)孔板當(dāng)作多孔擋板處理，將太陽輻射等價(jià)成集裝箱外部鐵皮發(fā)熱，而對(duì)簡(jiǎn)化后影響選型、計(jì)算結(jié)果的百葉窗則不做簡(jiǎn)化，有效兼顧了計(jì)算過程和計(jì)算結(jié)果，保證了計(jì)算結(jié)果的精確性和準(zhǔn)確性，能夠?yàn)閷?shí)物設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)參考。

技術(shù)特征：

1.一種儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，其特征在于：所述儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)包括電池倉、水機(jī)倉、抽氫室，模型等效處理方法包括對(duì)電池倉、水機(jī)倉、抽氫室的等效簡(jiǎn)化處理；

2.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，其特征在于：將集裝箱內(nèi)部空氣域作為一個(gè)熱源，對(duì)熱源賦予熱功率，以等效經(jīng)由密封件進(jìn)入集裝箱內(nèi)部的熱量。

3.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，其特征在于：將電池倉中電池包、高壓盒等效簡(jiǎn)化為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，保證簡(jiǎn)化前后模型的表面積、體積相當(dāng)。

4.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，其特征在于：計(jì)算由電池包釋放到集裝箱中的熱功率值，步驟為：

5.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，其特征在于：所述太陽輻射產(chǎn)生的熱量，為太陽輻射下集裝箱吸收的熱量，熱量計(jì)算公式為：

6.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，其特征在于：采用零厚度的風(fēng)扇交界面作為風(fēng)扇的簡(jiǎn)化模型，施加跨過風(fēng)扇交界面的壓力躍變；在風(fēng)扇交界面兩側(cè)截取平行于交界面的平面，在平面處監(jiān)控風(fēng)扇兩側(cè)靜壓。

7.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，其特征在于：由于過濾棉厚度方向尺寸遠(yuǎn)小于其他方向尺寸，將過濾棉簡(jiǎn)化為一維流阻力的多孔擋板，結(jié)合過濾棉流速-壓降數(shù)據(jù)組進(jìn)行參數(shù)擬合，獲得慣性阻力系數(shù)、粘性阻力系數(shù)；設(shè)定過濾棉的交界面為網(wǎng)孔擋板交界面，并設(shè)置慣性阻力系數(shù)、粘性阻力系數(shù)。

8.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，其特征在于：考慮百葉窗內(nèi)部結(jié)構(gòu)，建立百葉窗實(shí)體三維模型，仿真獲得系統(tǒng)層級(jí)下通過百葉窗內(nèi)部的風(fēng)量、百葉窗內(nèi)部空氣的流場(chǎng)跡線圖、百葉窗兩側(cè)壓降。

9.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，其特征在于：由金屬網(wǎng)孔板的孔隙率計(jì)算獲得網(wǎng)孔板阻力系數(shù)，如下：

10.如權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，其特征在于：將電池倉的進(jìn)口類型選定為質(zhì)量流量進(jìn)口，出口類型選定為質(zhì)量流量出口；將水機(jī)倉的進(jìn)口類型選定為壓力進(jìn)口，出口類型選定為壓力出口；將抽氫室的進(jìn)口類型選定為壓力進(jìn)口，出口類型選定為壓力出口。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)仿真計(jì)算中的模型等效處理方法，儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)包括電池倉、水機(jī)倉、抽氫室，模型等效處理方法包括對(duì)電池倉、水機(jī)倉、抽氫室的等效簡(jiǎn)化處理；對(duì)電池倉進(jìn)行等效簡(jiǎn)化處理時(shí)，將電池倉中電池包、高壓盒的能量源類型選定為總熱源并輸入熱功率值，將太陽輻射產(chǎn)生的熱量以發(fā)熱功率賦予集裝箱外殼；對(duì)水機(jī)倉的等效簡(jiǎn)化處理，包括對(duì)風(fēng)扇、過濾棉、百葉窗的等效簡(jiǎn)化處理；對(duì)抽氫室的等效簡(jiǎn)化處理，包括對(duì)風(fēng)扇、過濾棉、金屬網(wǎng)孔板的等效簡(jiǎn)化處理；通過運(yùn)用理論建模方式對(duì)復(fù)雜模型進(jìn)行等效處理，不僅不影響計(jì)算精度，而且等效后的模型網(wǎng)格數(shù)量相對(duì)較少，易收斂，極大地保證了仿真計(jì)算結(jié)果的精確性。

技術(shù)研發(fā)人員：陸佳偉,楊加松,曹振秋,凌佳喜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州阿詩特能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6