1 Diseño de refrigeración por aire y disipación de calor de un sistema de almacenamiento de energía industrial y comercial.

El enfriamiento por aire es el uso de aire como medio de intercambio de calor, el uso de aire para circular en el paquete de baterías, el uso de la diferencia de temperatura entre el módulo de la batería y el aire para la transferencia de calor, generalmente dividido en enfriamiento por aire pasivo y aire activo. enfriamiento. Los principales factores que afectan su eficiencia de enfriamiento son el modo de enfriamiento, el diseño del campo de flujo de aire, la disposición de la batería y la velocidad del viento de entrada de aire.

1.1 Dimensiones y espaciado de las baterías
El espaciado de las baterías es un factor clave que afecta el rendimiento de la refrigeración por aire. El espaciado adecuado de las baterías no solo puede mejorar la eficiencia de la refrigeración por aire, sino también mantener la distribución uniforme de la temperatura de la batería. El espaciado frontal y posterior y el ángulo izquierdo y derecho de las celdas adyacentes en el módulo de batería se convirtieron en 6 variables independientes, y la salida de simulación CFD correspondiente (temperatura máxima y diferencia de temperatura) se usó para entrenar la red neuronal bayesiana y la batería óptima. Se obtuvo una disposición de espaciamiento. El estudio demostró que el espaciado frontal y posterior tenía menos efecto sobre la temperatura de la batería que el espaciado izquierdo y derecho. Aumentar el espacio de izquierda a derecha en el área central del paquete de baterías puede mejorar la uniformidad de la temperatura de todo el paquete de baterías. Una estrategia de optimización del suministro de aire paralelo que reduce el espacio alrededor de las celdas más frías al aumentar la distancia entre las celdas más cálidas. Se optimiza la eficiencia del sistema de refrigeración por aire. Con una potencia de calentamiento constante, la temperatura máxima del paquete de baterías se reduce en 0,8 K y la diferencia de temperatura máxima se reduce en 2,9 K (un 42 %). Esta estrategia de optimización tiene un efecto significativo en el control de la diferencia de temperatura. Bajo la velocidad de calentamiento inestable, la diferencia de temperatura máxima durante la descarga de 4 C y 5 C se reduce en un 39% y un 37% (1,5 y 1,8 K), respectivamente, y tanto la temperatura máxima como la diferencia de temperatura máxima se reducen. Se estudia la influencia de diferentes espacios entre baterías y longitudes de entrada en el sistema refrigerado por aire del contenedor de almacenamiento. La condición de simulación es una descarga de corriente de 1 C y la temperatura ambiente y la temperatura del gas de entrada son 25 y 15 ℃. Se compararon los efectos del espaciado entre módulos de batería de 10, 20, 30 mm y la longitud de entrada de aire de 80, 130, 180 mm sobre la temperatura del sistema. Los resultados se muestran en la Tabla 2; el mejor efecto se logra cuando el espacio es de 20 mm y la longitud de la entrada de aire es de 80 mm. Se puede ver que el aumento del espacio entre las baterías puede desempeñar un papel en la optimización del sistema dentro de un cierto rango, y el efecto mejora al acortar la longitud de la entrada de aire.

1.2 Diseño del sistema y estrategia de gestión térmica.

El objetivo del diseño del sistema y la estrategia de gestión térmica es controlar la temperatura del módulo de batería de manera oportuna y eficaz, para que la batería pueda funcionar en un entorno adecuado. La investigación existente incluye principalmente el diseño de la estrategia de control, el tipo de campo de flujo de aire y la optimización de la velocidad del viento de entrada de aire, para garantizar la eficiencia del sistema de gestión térmica.
(1) Estrategia de control del sistema

Con el objetivo de gestionar térmicamente el sistema de almacenamiento de energía en contenedores de megavatios, se diseña un conjunto de estrategias de control de temperatura del sistema de almacenamiento de energía que incluye aire acondicionado y ventilador. El sistema controlará el funcionamiento y el apagado del aire acondicionado y el ventilador de acuerdo con la temperatura de la batería y la temperatura ambiente en tiempo real. Cuando la temperatura ambiente es inferior a 12 °C, el aire acondicionado calentará la batería y cuando la temperatura es superior a 28 °C, el aire acondicionado enfriará la batería. Cuando el BTMS detecta que la temperatura de una BBU es superior a 33°C, el ventilador de la BBU se pone en marcha de forma independiente. Cuando la temperatura de la BBU es inferior a 31 °C, el ventilador de la BBU deja de funcionar. Los datos muestran que la temperatura de funcionamiento de la batería se mantiene por debajo de 40 ℃ y la consistencia de la temperatura es buena en condiciones de baja potencia. Un sistema de gestión térmica de múltiples salidas está diseñado para módulos de batería de 5×5, que se diferencia del anterior en el diseño de una salida y su rendimiento de disipación de calor es más efectivo. En este estudio, 1 entrada de aire está ubicada en la parte superior central y 4 salidas de aire están ubicadas en la esquina inferior derecha de los cuatro lados, lo que tiene el mejor efecto de enfriamiento. En comparación con el modelo original, la temperatura máxima, la diferencia máxima de temperatura, la temperatura promedio y la desviación estándar de temperatura se reducen en un 16,4%, 48,7%, 10,5% y 43,1%, respectivamente. Cuando la batería se descarga a 3 ° C, la temperatura del módulo de batería se puede mantener por debajo de 40 ° C proporcionando una velocidad de entrada de aire de al menos 2 m/s, lo que puede verse que la estrategia garantiza que la batería también pueda funcionar bien. en condiciones de grandes tarifas.

9 tipos de diagrama de diseño de campo de flujo de aire.

Campo de temperatura de contenedores de almacenamiento bajo diferentes estructuras.

Temperatura máxima y diferencia de temperatura de las baterías en diferentes campos de flujo de aire

(2) Diseño de la disposición del sistema
En el sistema de refrigeración por aire, al elegir el patrón de flujo correcto, se puede mejorar aún más la eficiencia de la refrigeración. Se estudia la influencia de diferentes campos de flujo de aire sobre la temperatura del módulo de batería. Se ha descubierto que la temperatura del fluido aumentará secuencialmente durante el proceso de flujo cuando se utiliza un suministro de aire en serie, lo que dará como resultado una gran diferencia de temperatura entre los dos lados de la batería. El suministro de aire paralelo en forma de cuña (tipo Z) puede garantizar eficazmente la consistencia de la temperatura de la batería. Se estudió la temperatura máxima y la diferencia de temperatura de la batería en el paquete de baterías bajo 9 diseños de campo de flujo diferentes con la misma velocidad del aire y eficiencia de disipación de calor, como se muestra en la Figura 2. Los resultados de la Tabla 3 muestran que el efecto de enfriamiento del campo de flujo El número 3 es el peor, y los Tmax y ΔTmax correspondientes son 329,33 K y 8,22 K, respectivamente. El Tmax más bajo (324,91 K) y el ΔTmax más bajo (2,09 K) aparecen en los días 9 y 7, respectivamente. Se puede ver que la posición de la entrada y la salida tienen un impacto significativo en el patrón de convección, y diferentes trayectorias de flujo conducen a una distribución de aire diferente. Cuanto mayor sea la velocidad del aire en ambos lados de la batería, mejor será el efecto de enfriamiento, más cercana será la velocidad del aire en cada canal y mejor será la consistencia de la temperatura de la batería.

(3) Velocidad del viento de entrada de aire

La velocidad del viento es muy importante para el sistema de refrigeración por aire; una velocidad del viento razonable puede mejorar el rendimiento de refrigeración del sistema y, al mismo tiempo, garantizar un bajo consumo de energía. Se estudió el rendimiento de enfriamiento del BTMS a diferentes velocidades del viento de entrada. BTMS con aire acondicionado, cuando la temperatura ambiente es> 20 ° C, la temperatura del aire de entrada es de 20 ° C, cuando la temperatura ambiente es igual a 20 ° C, el uso de aire ambiente de refrigeración directa. Las investigaciones muestran que a temperaturas ambiente de 30 ℃ y 50 ℃, la temperatura promedio y la diferencia de temperatura máxima de la batería en un ciclo completo disminuyen con el aumento de la velocidad del viento. Como puede verse en la Tabla 4, cuando la velocidad del viento es igual a 1 m/s, la batería puede mantener una temperatura razonable y la velocidad del viento continúa aumentando, pero los beneficios disminuirán gradualmente y el consumo de energía aumentará. Por lo tanto, la selección de la velocidad del viento en aplicaciones prácticas debe equilibrarse entre ambas. El estudio también encontró que aumentar la velocidad del viento puede reducir la temperatura de funcionamiento y la diferencia de temperatura máxima de la batería, y también se ralentiza la tasa de pérdida de capacidad de la batería.

Temperatura de fin de ciclo a diferentes velocidades del viento.