1 Conception de refroidissement par air et de dissipation thermique d' un système de stockage d'énergie industriel et commercial

Le refroidissement par air est l'utilisation de l'air comme moyen d'échange thermique, l'utilisation de l'air pour circuler dans le bloc de batterie, l'utilisation de la différence de température entre le module de batterie et l'air pour le transfert de chaleur, généralement divisé en refroidissement par air passif et air actif. refroidissement. Les principaux facteurs affectant son efficacité de refroidissement sont le mode de refroidissement, la conception du champ de circulation d'air, la disposition des batteries et la vitesse du vent d'entrée d'air.

1.1 Dimensions et espacement des batteries
L'espacement des batteries est un facteur clé affectant les performances du refroidissement par air. Un espacement approprié des batteries peut non seulement améliorer l'efficacité du refroidissement par air, mais également maintenir une répartition uniforme de la température de la batterie. L'espacement avant et arrière et l'angle gauche et droit des cellules adjacentes dans le module de batterie ont été convertis en 6 variables indépendantes, et la sortie de simulation CFD correspondante (température maximale et différence de température) a été utilisée pour entraîner le réseau neuronal bayésien et la batterie optimale. un arrangement d’espacement a été obtenu. L'étude a montré que l'espacement avant et arrière avait moins d'effet sur la température de la batterie que l'espacement gauche et droit. L'augmentation de l'espacement de gauche à droite dans la zone centrale de la batterie peut améliorer l'uniformité de la température de l'ensemble de la batterie. Une stratégie d'optimisation de l'alimentation en air parallèle qui réduit l'espacement autour des cellules plus froides en augmentant la distance entre les cellules plus chaudes. L'efficacité du système de refroidissement par air est optimisée. À puissance de chauffage constante, la température maximale de la batterie est réduite de 0,8 K et la différence de température maximale est réduite de 2,9 K (de 42 %). Cette stratégie d'optimisation a un effet significatif dans le contrôle de la différence de température. En cas de vitesse de chauffage instable, la différence de température maximale pendant une décharge de 4 C et 5 C est réduite de 39 % et 37 % (1,5 et 1,8 K), respectivement, et la température maximale et la différence de température maximale sont réduites. L'influence des différents espacements des batteries et longueurs d'entrée dans le système refroidi par air du conteneur de stockage est étudiée. La condition de simulation est une décharge de courant de 1 C, et la température ambiante et la température du gaz d'entrée sont de 25 et 15 ℃. Les effets d'un espacement des modules de batterie de 10, 20, 30 mm et d'une longueur d'entrée d'air de 80, 130, 180 mm sur la température du système ont été comparés. Les résultats sont présentés dans le tableau 2, le meilleur effet est obtenu lorsque l'espacement est de 20 mm et la longueur de l'entrée d'air est de 80 mm. On peut voir que l'augmentation de l'espacement de la batterie peut jouer un rôle dans l'optimisation du système dans une certaine plage, et l'effet s'améliore avec le raccourcissement de la longueur de l'entrée d'air.

1.2 Conception du système et stratégie de gestion thermique

L'objectif de la conception du système et de la stratégie de gestion thermique est de contrôler la température du module de batterie de manière rapide et efficace, afin que la batterie puisse fonctionner dans un environnement approprié. Les recherches existantes comprennent principalement la conception d'une stratégie de contrôle, le type de champ de flux d'air et l'optimisation de la vitesse du vent d'entrée d'air, afin d'assurer l'efficacité du système de gestion thermique.
(1) Stratégie de contrôle du système

Visant la gestion thermique du système de stockage d'énergie en conteneur de mégawatts, un ensemble de stratégies de contrôle de la température du système de stockage d'énergie comprenant le climatiseur et le ventilateur est conçu. Le système contrôlera le fonctionnement et l'arrêt du climatiseur et du ventilateur en fonction de la température de la batterie et de la température ambiante en temps réel. Lorsque la température ambiante est inférieure à 12°C, le climatiseur chauffera la batterie, et lorsque la température est supérieure à 28°C, le climatiseur refroidira la batterie. Lorsque le BTMS détecte que la température d'un BBU est supérieure à 33°C, le ventilateur du BBU démarre de manière autonome. Lorsque la température du BBU est inférieure à 31°C, le ventilateur du BBU s'arrête de fonctionner. Les données montrent que la température de fonctionnement de la batterie est maintenue en dessous de 40 ℃ et que la cohérence de la température est bonne dans des conditions de faible puissance. Un système de gestion thermique multiprise est conçu pour les modules de batterie 5×5, ce qui est différent du précédent dans une disposition de sortie, et ses performances de dissipation thermique sont plus efficaces. Dans cette étude, 1 entrée d'air est située en haut au centre et 4 sorties d'air sont situées dans le coin inférieur droit des quatre côtés, ce qui a le meilleur effet de refroidissement. Par rapport au modèle original, la température maximale, la différence de température maximale, la température moyenne et l'écart type de température sont réduits respectivement de 16,4 %, 48,7 %, 10,5 % et 43,1 %. Lorsque la batterie est déchargée à 3 °C, la température du module de batterie peut être maintenue en dessous de 40 °C en fournissant une vitesse d'entrée d'air d'au moins 2 m/s, ce qui montre que la stratégie garantit que la batterie peut également bien fonctionner. dans des conditions de taux élevés.

9 types de diagramme de conception de champ de flux d'air

Champ de température des conteneurs de stockage sous différentes structures

Température maximale et différence de température des batteries sous différents champs de flux d'air

(2) Conception de la configuration du système
Dans le système de refroidissement par air, en choisissant le bon modèle de flux, l'efficacité du refroidissement peut être encore améliorée. L'influence de différents champs de flux d'air sur la température du module de batterie est étudiée. On constate que la température du fluide augmente en séquence pendant le processus d'écoulement lors de l'utilisation d'une alimentation en air en série, ce qui entraîne une grande différence de température entre les deux côtés de la batterie. L'alimentation en air parallèle en forme de coin (type Z) peut assurer efficacement la cohérence de la température de la batterie. La température maximale et la différence de température de la batterie dans le bloc-batterie sous 9 conceptions de champ d'écoulement différentes avec la même vitesse de l'air et la même efficacité de dissipation thermique ont été étudiées, comme le montre la figure 2. Les résultats du tableau 3 montrent que l'effet de refroidissement du champ d'écoulement Le n°3 est le pire, et les Tmax et ΔTmax correspondants sont respectivement de 329,33 K et 8,22 K. Le Tmax le plus bas (324,91 K) et le ΔTmax le plus bas (2,09 K) apparaissent respectivement le 9 et le 7. On peut voir que la position de l'entrée et de la sortie a un impact significatif sur le modèle de convection, et que différents chemins d'écoulement conduisent à une distribution d'air différente. Plus la vitesse de l'air des deux côtés de la batterie est élevée, meilleur est l'effet de refroidissement, plus la vitesse de l'air dans chaque canal est proche et meilleure est la cohérence de la température de la batterie.

(3) Vitesse du vent d'entrée d'air

La vitesse du vent est très importante pour le système de refroidissement par air, une vitesse du vent raisonnable peut améliorer les performances de refroidissement du système, tout en garantissant une faible consommation d'énergie. Les performances de refroidissement du BTMS à différentes vitesses de vent d'entrée ont été étudiées. BTMS avec climatisation, lorsque la température ambiante > 20°C, la température de l'air d'entrée est de 20°C, lorsque la température ambiante est égale à 20°C, utilisation du refroidissement direct par air ambiant. La recherche montre qu'à des températures ambiantes de 30 ℃ et 50 ℃, la température moyenne et la différence de température maximale de la batterie au cours d'un cycle complet diminuent avec l'augmentation de la vitesse du vent. Comme le montre le tableau 4, lorsque la vitesse du vent est égale à 1 m/s, la batterie peut maintenir une température raisonnable et la vitesse du vent continue d'augmenter, mais les avantages diminueront progressivement et la consommation d'énergie augmentera. Par conséquent, le choix de la vitesse du vent dans les applications pratiques doit être équilibré entre les deux. L'étude a également révélé que l'augmentation de la vitesse du vent peut réduire la température de fonctionnement et la différence de température maximale de la batterie, et que le taux de perte de capacité de la batterie est également ralenti.

Température de fin de cycle à différentes vitesses de vent