1500 V锂离子电池簇电场分布仿真及绝缘风险分析  被引量:3

Electric Field Distribution Simulation and Insulation Risk Analysis of 1500 V Lithium-ion Battery Cluster

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作  者:牛腾腾 黄人杰 渠展展 惠东 杨颖[1] NIU Tengteng;HUANG Renjie;QU Zhanzhan;HUI Dong;YANG Ying(Department of Electrical Engineering,Tsinghua University,Haidian District,Beijing 100084,China;China Electric Power Research Institute,Haidian District,Beijing 100192,China)

机构地区:[1]清华大学电机工程与应用电子技术系,北京市海淀区100084 [2]中国电力科学研究院有限公司,北京市海淀区100192

出  处:《中国电机工程学报》2024年第1期377-384,I0031,共9页Proceedings of the CSEE

基  金:国家电网有限公司科技项目(DG71-21-004:1500 V高压电池系统及其功率变换关键技术研究)。

摘  要:锂离子电池储能在辅助可再生能源并网、电网调频和调峰等方面发挥重要作用。提高锂离子电池储能系统直流侧电压等级,有利于储能系统的降本增效,却对电池系统绝缘性能产生了更高的要求。该文对锂离子电池簇在直流1500 V下场强分布进行了仿真计算,并考虑了绝缘结构胶中不同规格气泡缺陷的影响。由于存在共模干扰的影响,该文对直流电压、共模电压叠加下电池簇场强分布进行了仿真计算,结果表明:1500 V直流电压下场强最大值出现在外绝缘膜和绝缘罩交界处,贯穿型气泡缺陷使局部场强最大值增大130.6%,考虑共模电压影响后一个周期内场强最大值增幅约为86%,且场强最大值点由外绝缘膜转移至空气中。该文构建的跨越4个数量级的大跨度几何尺寸(10^(1)~10^(-3)m)电池系统电场仿真模型首次建立了储能电池簇中各电池单体金属壳体表面的电场分布,首次将共模干扰引入电池单体电场分析,提出了通过降低电池系统对地寄生电容从而抑制共模干扰、增加单体电池边角处绝缘强度从而减小最大电场强度的方法,解决了高压电池系统在共模干扰下电场分布畸变、绝缘风险增大的问题,为高压电池系统绝缘设计提供理论支撑。The next generation of high voltage lithium-ion battery(LIB)energy storage system plays a significant role in reducing the cost and increasing the efficiency of the energy storage system.However,the demand of insulation level for battery cluster increases dramatically with the increasing of DC voltage of the system,which hinders the development of the high voltage LIB system in real application.For the first time,common-mode interference is considered under DC 1500V in the electric field analysis of battery cells with large span geometric dimensions(10^(1)~10^(-3)m)constructed.These simulation results show that considering the influence of common mode voltage,the increase of maximum field strength is about 86%,and the position with maximum electric field strength is transferred from the external insulating film to the air.The simulation in this work provides a reference for the insulation risk analysis of 1500V high-voltage lithium-ion battery systems.This work provides theoretical support for the insulation design of high-voltage battery systems.

关 键 词:锂离子电池 储能系统 气泡缺陷 直流1500 V 共模电压 

分 类 号:TM912[电气工程—电力电子与电力传动]

 

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