כיצד העיצוב של ערכת מערכת קירור נוזלי אחסון אנרגיה?

בחירת פתרונות לאחסון אנרגיה

נכון לעכשיו, טכנולוגיות אחסון האנרגיה עם בגרות טכנולוגית גבוהה ויישום רחב הן אחסון ואחסון אנרגיה אלקטרוכימית. אחסון אנרגיה אלקטרוכימית משתמש בעיקר בטכנולוגיית סוללות ליתיום. בהתחשב בגורמים כמו אפקטיביות עלות, בטיחות, חיי שירות ופדיון בתעשייה, סוללות ליתיום ברזל פוספט הן כיום הסוללות המתאימות ביותר לאחסון אנרגיה. לאחסון אנרגיה תרמית של אנרגיה תרמית ויסות תדרים בסיוע יש דרישות גבוהות לביצוע סוללות אחסון אנרגיה, כולל מאפייני קצב גבוהים, מאפייני טיפוס גבוהים, יכולת תגובה מהירה, יחס יעילות אנרגיה חזקה, בטיחות בטמפרטורה גבוהה וחיים ארוכים של טכנולוגיית אחסון אנרגיה. לכן, עבור אחסון אנרגיה תרמית באחסון אנרגיה משולב פרויקטים של ויסות תדרים משולבים, מומלץ להשתמש בסוללות ליתיום ברזל פוספט. מנקודת המבט של תרחישים של יישומי אחסון אנרגיה בצד המשתמש, מומלץ גם להשתמש בסוללות ליתיום ברזל פוספט על בסיס דרישות כמו גילוח שיא, תגובת ביקוש ואמינות אספקת חשמל.

שריפות סוללה נגרמות בעיקר כתוצאה מבריחה תרמית של הסוללה, הנובעת בעיקר ממעגלים קצרים פנימיים. הגורמים העיקריים למעגלים קצרים פנימיים כוללים התעללות מכנית, התעללות חשמלית והתעללות תרמית. הדרך להתמודד עם התעללות תרמית היא לאמץ תכנון ניהול תרמי טוב.

טכנולוגיית קירור נוזלים משתמשת בהעברת חום הסעה נוזלית כדי להסיר את החום הנוצר על ידי הסוללה ולהפחית את הטמפרטורה שלה. ניתן להימנע מהסיכון לדליפה נוזלית בקירור נוזלי באמצעות תכנון מבני. היעילות של קירור נוזלים גבוהה יותר מזו של קירור אוויר, ובקרת הפרשי הטמפרטורה בקירור נוזלים טובה יותר מזו של קירור אוויר. טמפרטורת הנוזל ובקרת הזרימה של קירור נוזלים פשוטים יותר מזו של קירור אוויר, וחיי הסוללה באמצעות קירור נוזלים ארוכים יותר. בהתחשב בעלות הכוללת, למערכות קירור נוזלים יש יתרונות רבים יותר ממערכות קירור אוויר. במקביל, נושאי בטיחות בתחנות כוח לאחסון אנרגיה בולטות, ומערכות אחסון אנרגיה לקירור נוזלים מקודמות ומיישמות בהדרגה.

מערכת אחסון אנרגיית סוללות ליתיום מקוררת נוזלית

מערכת אחסון האנרגיה של ליתיום סוללות מורכבת מתא סוללה ותא חשמלי. תא הסוללה מורכב מאשכולות סוללות, מערכות קירור נוזלים, מערכות הגנה מפני אש, ארונות קומבינר, תיבות חלוקה וכו '. התא החשמלי מורכב מממירים (מחשבים אישיים), שנאים, ארונות בקרה, יחידות טבעת, ארונות חלוקת AC, מיזוג אוויר וכו'. מחקר זה מספק תיאור מפורט של התכנון והפיתוח של הסוללה, תוך כדי התיאור. כל תהליך העיצוב של מערכת אחסון אנרגיה לסוללות ליתיום כולל חבילת סוללה, מתלה סוללה ומכולה סוללה, כפי שמוצג באיור.

מערכת אחסון האנרגיה משתמשת בתאי סוללה LF280K של EVE Energy Alominum Phyl -Phyl Phosphate Phosphate LF280K (3.2 V/280 AH). החיבור המקביל לסדרה של חבילת הסוללה הוא 1p48s, ולכל חבילת סוללות יש 48 תאי סוללה LF280K עם קיבולת של 43.008 קילוואט. מערכת הסוללות מורכבת מ 8 אשכולות סוללות המחוברות במקביל, כאשר כל אשכול מורכב מ 8 חבילות סוללה המחוברות בסדרה. מערכת אחסון האנרגיה בעלת קיבולת של 2.75 מגה וואט · שעה ומתח מדורג של 1228.8 V. תא הסוללה של מערכת אחסון האנרגיה הוא מיכל סטנדרטי בגובה 20 מטר (6.058 mx 2.438 mx 2.896 מ ') עם פונקציות כמו איטום מים, בידוד, מניעת תאם, מניעת שריפה, חסימת עמידות בפני חלב, והגנה על גנה של ה- UV. רמת ההגנה שלה היא IP54. על מנת למנוע טעינת יתר וחיזוק יתר של סוללות, להשיג ניהול טעינה ופריקה של סוללות ולהבטיח הפעלה יציבה ואמינה של מערכת הסוללות, על המערכת להיות מצוידת במערכת ניהול סוללות (BMS), וחומרה מגנה חייבת להיות מצוידת בממסרים, מפסקים, נתיכים וכו 'וכו'.

אחסון אנרגיה תכנון ניהול תרמי

תכנון מערכת ניהול תרמית

מערכת ניהול הקירור והחימום הנוזלי מורכבת מצלחות קירור נוזלים, יחידות קירור נוזלים, צינורות קירור נוזלים, רתמות חיווט מתח גבוה ונמוך ונוזל קירור. לגבי סוגיית דליפת קירור נוזלים, ננקטים האמצעים הבאים. ראשית, מפרק הקירור הנוזלי נוקט במפרק תקע מהיר של צינור קירור דליפת רכב, שיכול להבטיח כי הסיכון לדליפת נוזלים יזער במהלך הפעלת מערכת אחסון האנרגיה. שנית, יש להתקין חיישן מפלס נוזלי במיכל ההתרחבות של יחידת הקירור הנוזלית. אם יש דליפה כלשהי, יחידת הקירור הנוזלית תישמע אזעקה. שלישית, רמת ההגנה של עיצוב חבילת הסוללות היא IP67, ומבטיחה כי אין השפעה על המערכת במקרה של דליפה. לוחית הקירור הנוזלית של חבילת הסוללה עשויה משיתוף סגסוגת אלומיניום ומשולבת עם פונקציות הבסיס וצלחת הקירור הנוזלית. לוחית הקירור הנוזלית ופלטת הכיסוי האיטום מחוברים על ידי ריתוך חיכוך; במקביל, לוחית הקירור הנוזלית תעבור גם בדיקות אטום אוויר בכדי להבטיח ביצועי איטום טובים. לוחית הקירור הנוזלית של סוללה מאמצת תעלת זרימה "סרפנטין", ונוזל הקירור משתמש ב 50% מים לפי מסה ו 50% אתילן גליקול לפי מסה. מערכת קירור הנוזל משתמשת באסטרטגיית ניהול תרמית מסוימת כדי לקרר או לחמם את חבילת הסוללה כאשר נוזל הקירור זורם דרך צלחת הקירור הנוזלית.

ליחידות קירור נוזלים יש פונקציות קירור, חימום והלות לחות, ואסטרטגיה ומצב העבודה של מערכת הניהול התרמית ליחידות קירור נוזלים קשורות קשר הדוק. בטקסט, TMAX מתייחסת לטמפרטורה הגבוהה ביותר של הסוללה; TVAG מתייחס לטמפרטורה הממוצעת של הסוללה; TMIN מתייחס לטמפרטורה הנמוכה ביותר של הסוללה.

כאשר TMAX גדול או שווה ל 28 מעלות ו- TVAG גדול יותר או שווה ל 25 מעלות, יחידת הקירור הנוזלית נכנסת למצב הקירור, המדחס מופעל, והקירור בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה משוחרר מהמדחס ונכנס לעיבה. לאחר ששחרר חום וקירור, הוא מצומצם ומדכא דרך שסתום ההתרחבות, ואז נכנס למאייד כדי להחליף חום עם נוזל הקירור. הקירור סופג חום ומתנדף במאייד לפני שזורם חזרה ליציאת היניקה של המדחס, ומשלים מחזור קירור. בשלב זה, משאבת המים בנתיב המים מופעלת, דוד ה- PTC אינו מופעל, ונוזל הקירור מקורר במאייד הצלחת ונכנס לצלחת הקירור של סוללה חבילת נוזלים כדי לקרר את הסוללה ולהסיר את החום, ובכך משיג את מטרת קירור הסוללה. כאשר TMAX פחות או שווה ל 25 מעלות וטלוויזיה פחות או שווה ל 22 מעלות, עצרו את מצב הקירור.

כאשר TMIN פחות או שווה ל 12 מעלות ו- TVAG פחות או שווה ל -15 מעלות, יחידת הקירור הנוזלית נכנסת למצב חימום, המדחס מכובה, משאבת המים ותנור PTC מופעלים, ונוזל הקירור מחומם על ידי מחמם ה- PTC ונכנסים לצלחת קירור הסוללה כדי לחמם את הסוללה. מצב זה מתאים למצבים בהם טמפרטורת הסוללה נמוכה מדי ונדרשת חימום. הפסק את מצב החימום כאשר TMIN גדול יותר או שווה ל 20 מעלות ו- TVAG גדול יותר או שווה ל 23 מעלות.

כאשר טמפרטורת הכניסה פחותה או שווה ל -12 מעלות, יחידת הקירור הנוזלית נכנסת למצב זרימת הדם העצמי, המדחס, המאוורר, דוד ה- PTC כבוי, ומשאבת המים מופעלת, ומאפשרת לנוזל הקירור להסתובב שוב ושוב בלוח הקירור של הסוללה וביחידה, ומבצעת את החום בחבילת הסוללה. כאשר הלחות בתוך המכולה גבוהה יותר מטמפרטורת נקודת הטל בטמפרטורה המתאימה, יחידת הקירור הנוזלית תפעיל את מצב ההחרת.

מערכת הגנת אש אחסון אנרגיה

מערכת הגנת האש משתמשת בכל חבילת סוללות כיחידת ההגנה המינימלית ומאמצת פיתרון טכנולוגי כיבוי אש חדש של חומר כיבוי אש דו-פאזי דו-פאזי. הוא משתמש במשותף לגלאי יניקה, בגלאי גז דליקים ובגלאי טמפרטורה ועשן כדי לפקח באופן מקיף ולאתר את כל תיבת האחסון באנרגיה בזמן אמת. ביניהם, גלאי ההשראה עוקב ומגן על כל תיבת סוללות האשכול ביחידות של אשכולות סוללות, גלאי הגז הדליק עוקב ומגן על הסוללות, ועל צגי גלאי הטמפרטורה והעשן ומגן על התא החשמלי.

כאשר חבילת סוללה חווה אש בורחת תרמית, הגלאי מגלה את האש ופותח את שסתום בקרת המחיצה של אשכול הסוללות. במקביל, מידע האש מועבר למארח דיכוי האש דרך אוטובוס CAN. אזעקת הקול והאור מופעלת, מערכת הפליטה מופעלת ומארח הדיכוי מתחיל להוציא. חומר הכיבוי האש מועבר לזרבובית הדו-פאזית של נוזלי הגז דרך שסתום הצינור והבקרת המחיצה. חומר הכיבוי האש מתמוסס דרך הזרבובית ואז מרוסס בפנים של חבילת הסוללה כדי ליישם פונקציות קירור וכבייה.

מארח דיכוי האש לאחסון אנרגיה משתמש ב- Perfluorohexane כחומר כיבוי האש העיקרי לכיבוי, לדכא ולמנוע שריפות מוקדמות בארון אחסון האנרגיה. ברגע שהאש גדולה מדי, יש לרסס את סוכן הכיבוי של האש במשך זמן רב. לאחר השימוש בסוכן הכיבוי המובנה Perfluorohexane המובנה במארח, המערכת תתחדש אוטומטית את מי היד האש כדי להשיג ריסוס רציף לטווח הארוך, לדכא מחדש את האש ולקרר את הסוללה.

אימות מבחן

מערכת אחסון האנרגיה של המכולה המקוררת הנוזל עוברת בדיקת טעינה 0. בסוף הטעינה, טמפרטורת פני השטח של תאי הסוללה בתוך חבילת הסוללה היא פחות מ -35 מעלות, עם עליית טמפרטורה של פחות מ -10 מעלות. לאורך כל תהליך הטעינה, הטמפרטורה הנמוכה ביותר בנקודת הניטור היא 32.5 מעלות, והטמפרטורה הגבוהה ביותר היא 34.8 מעלות, עם הפרש טמפרטורה של פחות מ- 2.3 מעלות, כפי שמוצג באיור 2. מהתוצאות הניסוי באיור 2, ניתן לראות כי עליית הטמפרטורה של מכולות מקוררות נוזליות קטנה בהרבה מהפרש הטמפרטורה של תכולות מקוררות אוויר. באופן כללי, הפרש הטמפרטורה של מכולות מקוררות אוויר מגיע לתואר {15}}, שיכול לקדם ביעילות את עקביות הטמפרטורה של מערכת אחסון האנרגיה כולה ולהרחיב את חיי ההפעלה של המערכת.

מַסְקָנָה

הפרויקט תכנן מערכת אחסון אנרגיה מכולת מכולות מקררות 20 רגל, כולל תכנון תיאורטי של המערכת, תכנון ניהול תרמי, תכנון הגנת אש וכו 'לבסוף, אימות ניסיוני הראה כי עקביות הטמפרטורה של מערכת אחסון האנרגיה הייתה טובה ועליית הטמפרטורה עמדת בדרישות.

השימוש באריזות סוללות מקוררות נוזליות ברכבי אנרגיה חדשים בוגר מאוד, ומערכת אחסון האנרגיה נייחת ללא סיכון לדליפה. מערכת המכולות המקוררת הנוזלית מצמצמת את התכנון של תעלות אוויר פנימיות, מאמצת מערכת תחזוקה חיצונית, מבטלת את הצורך בשטח של מסדרון פנימי ומאמצת תכנון חבילת סוללות גדולה כדי למקסם את צפיפות האנרגיה. מבחינת העלות הכוללת, למערכת אחסון אנרגיה מכולות מקוררות נוזלים יש יתרונות רבים יותר. הדבר החשוב ביותר עבור מערכת אחסון האנרגיה הוא להבטיח את בטיחותה, ועיצוב מערכת הגנת האש הוא קריטי. המערכת מאמצת הגנה על אש אריזה ומערכת דיכוי רציפה של הגנה מפני פרפלואורוהקסאן ומים כדי להבטיח את הפעולה הבטוחה של המערכת.