1 Проектирование воздушного охлаждения и отвода тепла промышленной и коммерческой системы хранения энергии

Воздушное охлаждение — это использование воздуха в качестве теплообменной среды, использование воздуха для циркуляции в аккумуляторном блоке, использование разницы температур между аккумуляторным модулем и воздухом для теплопередачи, обычно разделяемое на пассивное воздушное охлаждение и активное воздушное охлаждение. охлаждение. Основными факторами, влияющими на эффективность охлаждения, являются режим охлаждения, конструкция поля воздушного потока, расположение батареи и скорость ветра на входе воздуха.

1.1 Размеры и расположение батарей.
Расстояние между батареями является ключевым фактором, влияющим на производительность воздушного охлаждения. Подходящее расстояние между батареями может не только повысить эффективность воздушного охлаждения, но и поддерживать равномерное распределение температуры батареи. Расстояние между передней и задней частью, а также левый и правый угол соседних ячеек в аккумуляторном модуле были преобразованы в 6 независимых переменных, а соответствующие результаты моделирования CFD (максимальная температура и разница температур) использовались для обучения байесовской нейронной сети и оптимального аккумулятора. была получена пространственная договоренность. Исследование показало, что расстояние между передней и задней частью оказывает меньшее влияние на температуру батареи, чем расстояние между левой и правой сторонами. Увеличение расстояния слева направо в средней части аккумуляторной батареи может улучшить однородность температуры всей аккумуляторной батареи. Стратегия оптимизации параллельной подачи воздуха, которая уменьшает расстояние вокруг более холодных ячеек за счет увеличения расстояния между более теплыми ячейками. Оптимизирована эффективность системы воздушного охлаждения. При постоянной мощности нагрева максимальная температура аккумуляторной батареи снижается на 0,8 К, а максимальная разница температур снижается на 2,9 К (на 42%). Эта стратегия оптимизации оказывает существенное влияние на контроль разницы температур. При нестационарной скорости нагрева максимальная разность температур при разряде 4 и 5 С уменьшается на 39% и 37% (1,5 и 1,8 К) соответственно, а также уменьшаются как максимальная температура, так и максимальная разность температур. Изучено влияние различного расположения аккумуляторов и входной длины в систему воздушного охлаждения контейнера-хранилища. Условием моделирования является разряд тока 1 C, а температура окружающей среды и температура газа на входе составляют 25 и 15 ℃. Сравнивалось влияние расстояния между аккумуляторными модулями 10, 20, 30 мм и длины воздухозаборника 80, 130, 180 мм на температуру системы. Результаты представлены в таблице 2, наилучший эффект достигается при расстоянии 20 мм и длине воздухозаборника 80 мм. Видно, что увеличение расстояния между батареями может сыграть роль в оптимизации системы в определенном диапазоне, и эффект становится лучше при сокращении длины воздухозаборника.

1.2 Проектирование системы и стратегия управления температурным режимом

Целью проектирования системы и стратегии управления температурным режимом является своевременный и эффективный контроль температуры аккумуляторного модуля, чтобы аккумулятор мог работать в подходящей среде. Существующие исследования в основном включают разработку стратегии управления, типа поля воздушного потока и оптимизацию скорости ветра на входе воздуха, чтобы обеспечить эффективность системы управления температурным режимом.
(1) Стратегия управления системой

С целью управления температурным режимом мегаваттной контейнерной системы хранения энергии разработан комплекс стратегий контроля температуры системы хранения энергии, включая кондиционер и вентилятор. Система будет контролировать работу и отключение кондиционера и вентилятора в зависимости от температуры аккумулятора и температуры окружающей среды в реальном времени. При температуре окружающей среды ниже 12°С кондиционер будет нагревать аккумулятор, а при температуре выше 28°С кондиционер будет охлаждать аккумулятор. Когда BTMS определяет, что температура BBU выше 33°C, вентилятор BBU запускается самостоятельно. При температуре ББУ ниже 31°С вентилятор ББУ перестает работать. Данные показывают, что рабочая температура аккумулятора поддерживается ниже 40 ℃, а постоянство температуры хорошее в условиях низкой мощности. Система управления температурным режимом с несколькими розетками предназначена для аккумуляторных модулей 5×5, которая отличается от предыдущей тем, что она расположена отдельно от розетки, а ее эффективность рассеивания тепла более эффективна. В этом исследовании 1 воздухозаборник расположен вверху по центру, а 4 воздухозаборника расположены в правом нижнем углу с четырех сторон, что обеспечивает наилучший охлаждающий эффект. По сравнению с исходной моделью максимальная температура, максимальная разница температур, средняя температура и стандартное отклонение температуры уменьшены на 16,4%, 48,7%, 10,5% и 43,1% соответственно. Когда аккумулятор разряжается при 3 ° C, температуру аккумуляторного модуля можно поддерживать ниже 40 ° C, обеспечивая скорость впуска воздуха не менее 2 м/с, что означает, что данная стратегия обеспечивает хорошую работу аккумулятора. в условиях больших ставок.

9 видов расчетной схемы поля воздушного потока

Температурное поле контейнеров для хранения под различными конструкциями

Максимальная температура и разница температур аккумуляторов при различных полях потока воздуха

(2) Проектирование компоновки системы.
В системе воздушного охлаждения за счет выбора правильной схемы потока эффективность охлаждения можно еще больше повысить. Изучено влияние различных полей потока воздуха на температуру аккумуляторного модуля. Обнаружено, что температура жидкости будет последовательно повышаться в процессе потока при использовании последовательной подачи воздуха, что приводит к большой разнице температур между двумя сторонами батареи. Параллельная подача воздуха клиновидной формы (тип Z) может эффективно обеспечивать постоянство температуры батареи. Максимальная температура и разница температур батареи в аккумуляторном блоке при 9 различных конструкциях поля потока с одинаковой скоростью воздуха и эффективностью рассеивания тепла были изучены, как показано на рисунке 2. Результаты таблицы 3 показывают, что охлаждающий эффект поля потока № 3 является худшим, а соответствующие Tmax и ΔTmax составляют 329,33 К и 8,22 К соответственно. Самый низкий Tmax (324,91 К) и самый низкий ΔTmax (2,09 K) появляются на 9-м и 7-м числах соответственно. Видно, что положение входа и выхода оказывает существенное влияние на характер конвекции, а разные пути потока приводят к разному распределению воздуха. Чем выше скорость воздуха с обеих сторон батареи, тем лучше охлаждающий эффект, тем ближе скорость воздуха в каждом канале и тем лучше постоянство температуры батареи.

(3) Скорость ветра на входе воздуха

Скорость ветра очень важна для системы воздушного охлаждения, разумная скорость ветра может улучшить эффективность охлаждения системы, обеспечивая при этом низкое энергопотребление. Была изучена эффективность охлаждения BTMS при различных скоростях входного ветра. BTMS с кондиционером, при температуре окружающего воздуха > 20°С, температура входящего воздуха 20°С, при температуре окружающего воздуха равной 20°С, использование прямого охлаждения окружающего воздуха. Исследования показывают, что при температуре окружающей среды 30 ℃ и 50 ℃ средняя температура и максимальная разница температур батареи за полный цикл уменьшаются с увеличением скорости ветра. Как видно из Таблицы 4, при скорости ветра равной 1 м/с батарея может поддерживать приемлемую температуру, и скорость ветра продолжает увеличиваться, но польза постепенно будет уменьшаться, а потребление энергии будет увеличиваться. Следовательно, выбор скорости ветра в практических приложениях должен быть сбалансирован между ними. Исследование также показало, что увеличение скорости ветра может снизить рабочую температуру и максимальную разницу температур аккумулятора, а также замедляется скорость потери емкости аккумулятора.

Температура в конце цикла при различных скоростях ветра