كيف يتم تصميم نظام تبريد سائل تخزين الطاقة؟

اختيار حلول تخزين الطاقة

في الوقت الحالي ، يتم ضخ تقنيات تخزين الطاقة ذات النضج التكنولوجي العالي والتطبيق الواسع وتخزين الطاقة الكهروكيميائية. يستخدم تخزين الطاقة الكهروكيميائية بشكل أساسي تقنية بطارية الليثيوم. بالنظر إلى عوامل مثل فعالية التكلفة والسلامة وحياة الخدمة ونضج الصناعة ، تعد بطاريات الفوسفات الحديد الليثيوم هي البطاريات الأنسب لتخزين الطاقة. إن تنظيم الترددات في الطاقة الحرارية في الطاقة ، له متطلبات عالية لأداء بطاريات تخزين الطاقة ، بما في ذلك الخصائص المرتفعة للمعدل ، وخصائص التسلق العالية ، وقدرة الاستجابة السريعة ، ونسبة كفاءة الطاقة القوية ، وسلامة درجة الحرارة العالية ، وعمر طويل لتكنولوجيا تخزين الطاقة. لذلك ، بالنسبة لمشاريع تنظيم الترددات في الطاقة الحرارية ، يوصى باستخدام بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم. من منظور سيناريوهات تطبيق تخزين الطاقة جانب المستخدم ، يوصى أيضًا باستخدام بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم بناءً على متطلبات مثل حلاقة الذروة ، والاستجابة للطلب ، وموثوقية إمدادات الطاقة.

تحدث حرائق البطارية بشكل رئيسي بسبب الهرب الحراري للبطارية ، والذي يرجع أساسًا إلى الدوائر القصيرة الداخلية. وتشمل الأسباب الرئيسية للدوائر القصيرة الداخلية الاعتداء الميكانيكي ، والإساءة الكهربائية ، والإساءة الحرارية. طريقة التعامل مع الإساءة الحرارية هي تبني تصميم الإدارة الحرارية الجيدة.

تستخدم تقنية التبريد السائل نقل حرارة الحمل الحراري السائل لإزالة الحرارة الناتجة عن البطارية وتقليل درجة حرارتها. يمكن تجنب خطر التسرب السائل في التبريد السائل من خلال التصميم الهيكلي. كفاءة التبريد السائل أعلى من كفاءة تبريد الهواء ، والتحكم في اختلاف درجة الحرارة في التبريد السائل أفضل من تبريد الهواء. تكون درجة حرارة السائل والتحكم في التدفق في التبريد السائل أبسط من تبريد الهواء ، وعمر البطارية باستخدام التبريد السائل أطول. بالنظر إلى التكلفة الإجمالية ، فإن أنظمة التبريد السائل لديها مزايا أكثر من أنظمة تبريد الهواء. في الوقت نفسه ، تكون مشكلات السلامة في محطات توليد الطاقة في مجال الطاقة بارزة ، ويتم تعزيز وتطبيق أنظمة تخزين طاقة التبريد السائلة تدريجياً.

نظام تخزين طاقة بطارية الليثيوم المبرد السائل

يتكون نظام تخزين طاقة بطارية الليثيوم من مقصورة بطارية وحجرة كهربائية. تتكون حجرة البطارية من مجموعات البطارية ، وأنظمة التبريد السائل ، وأنظمة الحماية من الحرائق ، وخزائن المطاط ، وصناديق التوزيع ، وما إلى ذلك. تتكون المقصورة الكهربائية من العولات (PCS) ، والمحولات ، وخزائن التحكم ، وحدات الحلقة الرئيسية ، وخزائن توزيع التيار المتردد ، وتكييف الهواء ، إلخ. تتضمن عملية تصميم طاقة بطارية الليثيوم بأكملها حزمة البطارية ورف البطارية وحاوية البطارية ، كما هو موضح في الشكل.

يستخدم نظام تخزين الطاقة حواء طاقة الألومنيوم مربعة ألومنيوم فوسفات الفوسفات LF280K (3.2 فولت/280 AH). يتميز سلسلة التوصيل المتوازية بحزمة البطارية 1P48 ، وكل حزمة بطارية تحتوي على 48 LF280K خلايا بطارية بسعة 43.008 كيلو واط · ساعة. يتكون نظام البطارية من 8 مجموعات بطارية متصلة بالتوازي ، مع كل مجموعة تتكون من 8 حزم بطارية متصلة في السلسلة. تبلغ سعة نظام تخزين الطاقة 2.75 ميجاوات · ساعة والجهد المقنن من 1228.8 فولت. مقصورة بطارية نظام تخزين الطاقة هي حاوية عالية 20 قدمًا (6.058 MX 2.438 MX 2.896 م) مع وظائف مثل مقاومة المياه ، ووقاية التآكل ، ومكافحة التآكل ، ومقاومة الصدمة ، ومقاومة الصدمة. مستوى الحماية هو IP54. من أجل منع الإفراط في الشحن والفراغ المفرط للبطاريات ، وتحقيق إدارة الشحن والتفريغ للبطاريات ، وضمان تشغيل مستقر وموثوق لنظام البطارية ، يجب أن يكون النظام مزودًا بنظام إدارة البطارية (BMS) ، ويجب أن تكون الأجهزة الواقية مزودة بتجهيزات ، وقواطع الدائرة ، وما إلى ذلك ، وما إلى ذلك.

تصميم الإدارة الحرارية لتخزين الطاقة

تصميم نظام الإدارة الحرارية

يتكون نظام إدارة التبريد والتدفئة السائل من لوحات تبريد سائلة ، وحدات تبريد سائلة ، وخطوط تبريد سائلة ، وأسلاك الأسلاك عالية الجهد منخفضة ، ومبرد. فيما يتعلق بمسألة تسرب التبريد السائل ، يتم اتخاذ التدابير التالية. أولاً ، يتبنى مفصل التبريد السائل خط أنابيب تبريد تسرب من الدرجة الأولى ، والذي يمكن أن يضمن تقليل خطر تسرب السائل أثناء تشغيل نظام تخزين الطاقة. ثانياً ، يجب تثبيت مستشعر المستوى السائل في خزان تمدد وحدة التبريد السائل. إذا كان هناك أي تسرب ، فإن وحدة التبريد السائل ستبدو إنذارًا. ثالثًا ، يكون مستوى حماية تصميم حزمة البطارية IP67 ، مما يضمن عدم وجود تأثير على النظام في حالة التسرب. تتكون لوحة التبريد السائلة من حزمة البطارية من صوب سبيكة الألومنيوم ومدمجة مع وظائف لوحة التبريد القاعدة ولوحة التبريد السائل. يتم توصيل لوحة التبريد السائل ولوحة غطاء الختم عن طريق لحام تحريك الاحتكاك ؛ في الوقت نفسه ، ستخضع لوحة التبريد السائل أيضًا للاختبار لضمان أداء ختم جيد. تعتمد لوحة تبريد بطارية حزمة السائل قناة تدفق "سربنتين" ، ويستخدم سائل التبريد 50 ٪ من الماء بالكتلة و 50 ٪ من الجليكول الإيثيلين حسب الكتلة. يستخدم نظام التبريد السائل استراتيجية إدارة حرارية معينة لتبريد أو تسخين حزمة البطارية عندما يتدفق المبرد عبر لوحة التبريد السائل.

تحتوي وحدات التبريد السائل على وظائف التبريد والتسخين والتنسيق ، وترتبط الاستراتيجية وطريقة العمل لنظام الإدارة الحرارية لوحدات التبريد السائل ارتباطًا وثيقًا. في النص ، يشير Tmax إلى أعلى درجة حرارة للبطارية ؛ يشير TVAG إلى متوسط ​​درجة حرارة البطارية ؛ يشير TMIN إلى أدنى درجة حرارة للبطارية.

عندما يكون TMAX أكبر من أو يساوي 28 درجة وتلفاج أكبر من أو تساوي 25 درجة ، تدخل وحدة التبريد السائل إلى وضع التبريد ، ويتم تشغيل الضاغط ، ويتم تفريغ المبرد ذي درجة الحرارة العالية والضغط العالي من الضاغط ويدخل المكثف للتكثيف. بعد إطلاق الحرارة والتبريد ، يتم اختناقه واكتبطه من خلال صمام التمدد ، ثم يدخل المبخر لتبادل الحرارة مع المبرد. يمتص المبرد الحرارة ويتبخر في المبخر قبل أن يعود إلى منفذ شفط الضاغط ، مع استكمال دورة التبريد. في هذا الوقت ، يتم تشغيل مضخة المياه الموجودة في الممر المائي ، ولا يتم تشغيل سخان PTC ، ويتم تبريد المبرد في مبخر اللوحة ويدخل لوحة تبريد سائل البطارية لتبريد البطارية وإزالة الحرارة ، مما يحقق الغرض من تبريد البطارية. عندما يكون TMAX أقل من أو يساوي 25 درجة وتلفاج أقل من أو يساوي 22 درجة ، توقف عن وضع التبريد.

عندما يكون TMIN أقل من أو يساوي 12 درجة وتلفاج أقل من أو يساوي 15 درجة ، تدخل وحدة التبريد السائل في وضع التسخين ، ويتم إيقاف تشغيل الضاغط ، ويتم تشغيل مضخة المياه وسخان PTC ، ويتم تسخين المبرد بواسطة سخان PTC ويدخل لوحة تبريد البطارية لتسخين البطارية. هذا الوضع مناسب للمواقف التي تكون فيها درجة حرارة البطارية منخفضة للغاية وتسخين التدفئة. توقف عن وضع التدفئة عندما تزيد TMIN من أو يساوي 20 درجة وتلفاج أكبر من أو يساوي 23 درجة.

عندما تكون درجة حرارة المدخل أقل من أو تساوي 12 درجة ، فإن وحدة التبريد السائل تدخل في وضع الدورة الدموية الذاتية ، والضاغط ، والمروحة ، وسخان PTC ، ويتم تشغيل مضخة المياه ، مما يسمح للبرودة بالدوران مرارًا وتكرارًا في لوحة تبريد البطارية والوحدة ، وتحمل الحرارة في حزمة البطارية. عندما تكون الرطوبة داخل الحاوية أعلى من درجة حرارة نقطة الندى في درجة الحرارة المقابلة ، ستقوم وحدة التبريد السائل بتنشيط وضع إزالة الرطوبة.

نظام حماية الحرائق تخزين الطاقة

يستخدم نظام الحماية من الحرائق كل حزمة بطارية كوحدة حماية الحد الأدنى ويعتمد حلًا جديدًا لتكنولوجيا إطفاء الحريق لعامل إطفاء الحرائق ذاتيا السائل الغاز. يستخدم بشكل مشترك أجهزة الكشف عن الشفط ، وكشف الغازات القابلة للاحتراق ، وكاشفات درجة الحرارة والدخان لرصد واكتشاف صندوق تخزين الطاقة بالكامل في الوقت الفعلي. من بينها ، يراقب كاشف الإلهام ويحمي صندوق البطارية بالكامل في وحدات من مجموعات البطارية ، ومراقبة كاشف الغاز القابل للاحتراق ويحمي البطاريات ، وتراقب درجة الحرارة والدخان ويحمي المقصورة الكهربائية.

عندما تعاني حزمة البطارية من حريق حراري هارب ، يكتشف الكاشف النار ويفتح صمام التحكم في قسم مجموعة البطارية. في الوقت نفسه ، يتم نقل معلومات الحريق إلى مضيف قمع الحريق من خلال حافلة Can. يتم تشغيل الصوت والإنذار الخفيف ، ويتم تشغيل نظام العادم ، ويبدأ مضيف القمع في الإخراج. يتم نقل عامل إطفاء الحريق إلى فوهة الغاز السائل ثنائية الطور من خلال صمام التحكم في خط الأنابيب وصمام التحكم في التقسيم. يتم ذرية عامل إطفاء الحريق من خلال الفوهة ثم يتم رشه في الجزء الداخلي من حزمة البطارية لتنفيذ وظائف التبريد وإطفاء الحرائق.

يستخدم مضيف قمع حريق تخزين الطاقة perfluorohexane كعامل إطفاء الحريق الرئيسي لإطفاء الحرائق المبكرة وقمعها ومنعها في خزانة تخزين الطاقة. بمجرد أن تصبح الحريق كبيرة جدًا ، يجب رش عامل إطفاء الحريق لفترة طويلة. بعد استخدام عامل إطفاء حريق Perfluorohexane المدمج في المضيف ، سيقوم النظام تلقائيًا بتجديد مياه الصندوق الحريق لتحقيق الرش المستمر على المدى الطويل ، وقمع الحريق ، وتبريد البطارية.

اختبار التحقق

يخضع نظام تخزين طاقة الحاوية المبرد السائل لاختبار الشحن 0. في نهاية الشحن ، تكون درجة حرارة سطح خلايا البطارية داخل حزمة البطارية أقل من 35 درجة ، مع ارتفاع درجة حرارة أقل من 10 درجات. طوال عملية الشحن بأكملها ، تكون أدنى درجة حرارة في نقطة المراقبة هي 32.5 درجة ، وأعلى درجة حرارة هي 34.8 درجة ، مع وجود اختلاف في درجة الحرارة أقل من 2.3 درجة ، كما هو مبين في الشكل 2. من النتائج التجريبية في الشكل 2 ، يمكن ملاحظة أن ارتفاع درجة حرارة الحاويات المبردة السائل أصغر بكثير من اختلاف درجة الحرارة في الحاويات المربوطة بالهواء. بشكل عام ، يصل اختلاف درجة حرارة الحاويات المبردة بالهواء إلى 5-8 ، والتي يمكن أن تعزز بشكل فعال اتساق درجة حرارة نظام تخزين الطاقة بأكمله وتوسيع عمر تشغيل النظام.

خاتمة

صمم المشروع نظام تخزين طاقة حاويات مبرد بحاوية سائل 20 قدمًا ، بما في ذلك التصميم النظري للنظام ، وتصميم الإدارة الحرارية ، وتصميم حماية الحرائق ، وما إلى ذلك. وأخيراً ، أظهر التحقق التجريبي أن اتساق درجة الحرارة لنظام تخزين الطاقة كان جيدًا وأن ارتفاع درجة الحرارة تلبي المتطلبات.

استخدام حزم البطارية المبردة السائل في مركبات الطاقة الجديدة ناضجة للغاية ، ونظام تخزين الطاقة ثابتة دون خطر التسرب. يقلل نظام الحاويات المبرد السائل من تصميم قنوات الهواء الداخلية ، ويعتمد نظام صيانة خارجي ، ويزيل الحاجة إلى مساحة الممر الداخلي ، ويعتمد تصميم حزمة بطارية كبيرة لزيادة كثافة الطاقة. من حيث التكلفة الإجمالية ، يتمتع نظام تخزين طاقة الحاويات المبرد السائل بمزيد من المزايا. أهم شيء لنظام تخزين الطاقة هو ضمان سلامته ، وتصميم نظام الحماية من الحرائق أمر بالغ الأهمية. يتبنى النظام الحماية من الحرائق على مستوى الحزمة ومخطط قمع مستمر لـ perfluorohexane والحماية من الحرائق المائية لضمان التشغيل الآمن للنظام.