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儲能系統熱管理模擬分析技術應用
2023 / 01 / 12
車輛中心 環能與車電工程處 陳毅軒
隨著全球環保意識的抬頭，世界各國政府皆已陸續訂定出2050年淨零排放的目標。針對國內之交通運具方面，政府已明確宣示於2030年市區公車將全面電動化，2040年國內新售之小客車／機車將全面為電動車[1]。在國內交通運具大量電動化後，其電池模組歷經一段使用年限後，勢必將面臨汰役的問題，然而，汰役之電池模組由於其能量密度高，故有機會延續應用於儲能系統中[2]。
圖1、臺灣 2050「淨零排放路徑及策略總說明」
資料來源：國發會
儲能系統具有調節電網的功能，可在用電需求低時將剩餘的電力轉換成化學能、動能、位能等型態儲存起來，再於用電尖峰時釋出，進而紓緩再生能源因階段性暫停發電時（如太陽能夜間停擺）對電網造成的壓力。常見的儲能系統以集裝箱式電池儲能為主，其將鋰電池、電池管理系統、交直流轉換裝置、熱管理系統及消防系統等整合在標準集裝箱內，具有整合度高、佔地面積小、儲存容量大、運輸方便且易於安裝等優點，由於集裝箱式儲能系統的電池佈置較為緊密且箱內環境相對較為封閉，以致電池的熱量較容易累積進而導致溫升過高，影響電池的壽命（長時間溫度升到30 ˚C電池壽命降低20%[3]）及效能。
目前市面上的集裝箱式儲能系統，其熱管理機制多採用氣冷型式進行設計，故在產品設計初期針對儲能系統內部之氣體流道進行優化設計，確有其必要性。有鑑於此，車輛中心（ARTC）CAE團隊可輔導國內業者利用CFD模擬分析軟體，針對儲能系統中電池充放電所消耗之功率、預估空調製冷量、材料設置、環境條件等進行設定後，進而模擬分析儲能系統內部各電池模組之溫度分佈情況，以評估電池在1C放電情況下電池平均溫度是否可小於40℃[4]，且儲能系統內部之溫差是否可控制在≦5℃，並確認所設計流道其氣體之流線是否順暢。
圖2、簡化後之集裝箱式儲能系統散熱CAE分析
去（2022）年起國內已陸續針對儲能系統頒布相關安規標準[5]，儲能系統除了在熱管理設計方面必須謹慎因應外，電池模組的結構振動、落下強度、疲勞耐久等議題上亦須於設計過程詳加檢視，而目前車輛中心CAE團隊已建置完整之模擬分析技術能量，倘若對於儲能系統之模擬分析需要進一步瞭解相關內容細節，歡迎洽詢車輛中心 環能與車電工程處 工程分析中心 陳毅軒 副工程師。電話：04-7811222分機3370 E-mail：hogan@artc.org.tw。
參考資料：
[1] https://www.gvm.com.tw/article/88501
[2] https://taiwan.ul.com/blog/201803_repurposing_battery_ul1974/
[3] https://www.prostarsolar.net/blog/temperature-effects-on-battery-capacity-and-service-life.html
