Вестник МГТУ, 2022, Т. 25, № 4.

Вестник МГТУ. 2022. Т. 25, № 4. С. 365-377. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2022-25-4-365-377 Физика процессов задавалась блоком Lumped Battery, который включал в себя блок Cell Equilibrium Potential и блок Voltage Losses. После создания физической модели на смоделированную модель была наложена сетка для проведения конечно-элементного моделирования. Максимальный размер элемента сетки - 0,04 м, минимальный - 0,0072 м, максимальный рост элемента сетки задан коэффициентом 1,5, а коэффициент кривизны равен 0,6. В результате проведения расчета получены данные об изменении напряжения АКБ при процессе заряда (график приведен на рис. 4) и изменение температуры самой АКБ (график приведен на рис. 5). Время (ч) Время (ч) Рис. 4. График изменения напряжения АКБ Рис. 5. График изменения температуры АКБ при заряде при заряде Fig. 4. Graph of battery voltage during charging Fig. 5. Graph of battery temperature during charging Таким образом, получена модель модуля, которую можно масштабировать для теплового расчета всего блока. 2. Моделирование блока с целью получения графика изменения температуры при процессе заряда АКБ и средней температуры воздуха в блоке Для проведения теплового анализа в программном пакете COMSOL создана геометрическая 3D модель МУЗЭ. Основными материалами для проведения теплового анализа полного блока выбраны: воздух - воздушное пространство в блоке (аналогичный блоку в ПО COMSOL - Air), материал АКБ - аккумуляторы, клеммы (Active Battery Material), полипропилен - теплоизоляция (Polypropylene), сталь - материал контейнера (Structural steel). После создания физической модели на смоделированную модель была наложена сетка для проведения конечно-элементного моделирования. Максимальный размер элемента сетки - 1,42 м, минимальный - 0,265 м, максимальный рост элемента сетки задан коэффициентом 1,5, а коэффициент кривизны равен 0,7. Исходя из соображений эксплуатации и анализа результатов, полученных в ПО COMSOL (скриншоты программы представлены на рис. 6 ) в ходе моделирования, сделаны выводы, что для поддержания температуры хранения (не эксплуатации) АКБ достаточно использование утеплителя толщиной 100 мм. При 200 мм средняя температура блока выше, однако реализация такого решения экономически не обоснована (стандартный метод нанесения пенополиуретаном 100-150 мм) и технологически сложнее (теплоизоляция будет наноситься снаружи). Если анализировать значения, связанные с температурой АКБ, то можно сделать вывод, что диапазон рабочих температур не соблюдается, и необходимо реализовать отопление. Предварительно, на этапе проектирования, была выбрана система кондиционирования мощностью 20 кВт. В ПО COMSOL отопление моделируется добавлением блока Heat Source (20 кВт). Получены результаты изменения температуры (график представлен на рис. 7) при работе отопления для самого критического случая (при внешней температуре 4 ™ = -60° и внутренней начальной температуре блока /блоканач= 0 ). Таким образом, на основе рис. 7 можно сделать вывод, что работа МУЗЭ без отопления невозможна, так как средняя температура в блоке становится меньше 0° уже после 3 часов работы, следовательно, нормальная эксплуатация АКБ будет нарушена. При этом мощность системы отопления в 20 кВт достаточна, так как полученное значение поддерживаемой температуры 10° соответствует рабочему диапазону АКБ. 369