1. Conception de refroidissement liquide du système de stockage d'énergie industriel et commercial Pour le processus de charge et de décharge à haut débit des batteries à grande échelle, la capacité de refroidissement du système de refroidissement par air ne peut pas répondre à la demande de dissipation thermique des batteries. Le liquide a une capacité thermique spécifique et une conductivité thermique plus élevées que l'air, et la vitesse de refroidissement du liquide est plus rapide, ce qui a un effet significatif sur la réduction de la température maximale locale et l'amélioration de la cohérence de la température du module de batterie. Dans le même temps, le refroidissement liquide offre un meilleur contrôle du bruit que le refroidissement par air. La dissipation thermique par refroidissement liquide constituera à l'avenir une direction de recherche importante pour la gestion thermique des batteries au lithium haute puissance dans des conditions de travail complexes, mais le système de refroidissement liquide présente également des inconvénients, tels qu'une consommation d'énergie importante, des exigences d'étanchéité élevées et un système complexe. structure, et l’application réelle des systèmes de stockage d’énergie est plus difficile que le refroidissement par air. Les principaux facteurs affectant le système de refroidissement liquide sont : la disposition et la conception du tuyau de liquide de refroidissement ou de la plaque de refroidissement, ainsi que le débit du liquide de refroidissement. 1.1 Conception du canal liquide

Les principaux points de la conception des canaux refroidis par liquide sont le rapport longueur/largeur des canaux, la forme et le nombre des canaux, ainsi que la résolution de la différence de température entre l'entrée et la sortie. La recherche sur ces problèmes pour les canaux conventionnels montre que l'augmentation du nombre de canaux peut réduire la différence de température entre la température maximale et le module de batterie, mais l'amélioration est limitée et la consommation d'énergie augmente lorsque le nombre de canaux augmente. L'augmentation du rapport hauteur/largeur du canal dans une certaine plage peut également réduire efficacement la température maximale de la batterie lithium-ion et réduire la différence de température. Dans le même temps, le tuyau ondulé proposé peut augmenter la zone de contact et améliorer l'efficacité de la dissipation thermique. Afin de résoudre la différence de température entre l'entrée d'eau et la sortie d'eau, le tuyau peut être divisé en deux et la direction de l'entrée d'eau est réglée dans le sens opposé. De plus, lorsque le nombre de batteries dans le module de batterie est important, une structure de refroidissement parallèle doit être utilisée. Un canal de refroidissement liquide avec des nervures longitudinales est étudié, et les effets de différents rapports longueur/largeur et nombre de nervures sur les performances du système de refroidissement sont comparés. Le diagramme en coupe est représenté sur la Fig. 3. Les quatre schémas conçus sont présentés dans le tableau 5. Le document compare le coefficient de transfert de chaleur, les performances hydrothermiques, le débit massique, la puissance de pompage et le rapport de consommation d'énergie, dans lequel l'indice de performance de refroidissement hydrothermique est calculé par équation. Comme le montre le tableau 6, l'effet du schéma 4 est le meilleur, ce qui prouve la faisabilité de la conception. De plus, avec l'augmentation du nombre de nervures, l'efficacité de dissipation thermique est améliorée, tandis que l'amélioration provoquée par la modification du rapport d'aspect des nervures est faible.

Schéma du canal de liquide de refroidissement nervuré

Paramètres du canal de liquide de refroidissement nervuré

1.2 Débit du liquide de refroidissement

Liquid cooling and heat management systems generally use water, ethylene glycol or water-ethylene glycol mixture as the cooling medium. Changing the flow rate of coolant is an important factor in the research of liquid cooling system, and changing the flow rate can achieve different heat exchange efficiency, which is a key factor in the design of liquid cooling system. A battery thermal management system combining phase change material (PCM) and liquid cooling was studied. The latent heat of PCM was removed by coolant. The effects of different coolant flow rates on the performance of the thermal management system were compared. The experiment compared the maximum temperature and temperature difference of the lithium-ion battery pack at different flow rates between 0.05 and 0.4 m/s under the condition of charging rate of 0.5 C and discharge rate of 3 C (taking the average value of 3 cycles). The ambient temperature and inlet temperature are set to 40 °C. The experimental results show that as the flow rate increases from 0.05 m/s to 0.2 m/s, Tmax decreases from 49.17 ℃ to 47.5 ℃, and ΔTmax decreases from 7.43 ℃ to 6.41 ℃. When the speed is increased from 0.2 m/s to 0.4 m/s, the degree of reduction is reduced, and the increase in the flow rate can improve the heat dissipation performance of the system, but with marginal effect. Increasing the flow rate can reduce the maximum temperature of the battery module, but it may increase the maximum temperature difference between units of the battery, because the increase in the flow rate causes the coolant to take away more heat at the inlet, so that the battery near the outlet is not effective heat dissipation. In order to ensure the temperature consistency of the battery module, a set of gradient flow rate optimization strategy was proposed for the vertically distributed liquid cooling thermal management system. As shown in FIG. 4, the number of pipes around the battery is divided into three categories. Different categories of pipes are set with different flow rates, and a larger flow rate is set in the area with large heat dissipation demand. (2) The ambient temperature is 60 ° C, and the liquid medium temperature is 30 ° C. The experimental results show that there is little difference between Tmax and ΔTmax when the battery module reaches steady state. The heat exchange is mainly affected by the contact area and temperature difference, and the change of flow rate only affects the steady-state time of the battery module, but has little effect on the steady-state value. The experimental results show that increasing the flow gradient can reduce the ΔTmax of the module before the steady state stage, which is significantly improved compared with the case without the gradient flow rate. The gradient flow rate design also plays an obvious role in balancing the heat transfer efficiency of each part of the battery module.

Gradient flow rate liquid cooling system

1.3 Conception du système et stratégie de contrôle de la gestion thermique
Une stratégie de contrôle basée sur un algorithme PID flou a été proposée pour le système de refroidissement liquide, et un modèle de masse centralisé a été établi. Le modèle thermique de la batterie a été établi à travers la relation entre la résistance interne de la batterie et la température, la relation entre le coefficient de transfert de chaleur par convection et le débit du liquide de refroidissement. Les résultats de la simulation montrent que par rapport à la stratégie de refroidissement PID traditionnelle, la stratégie de contrôle flou présente une robustesse et une tolérance aux pannes plus élevées. Dans les mêmes conditions, le temps d'ajustement de la stratégie de refroidissement PID flou est raccourci de 11 s et la différence de température maximale est réduite de 0,14 K, ce qui améliore la capacité du système à résister aux perturbations de courant. La structure de la stratégie de refroidissement PID flou à refroidissement liquide est illustrée à la figure 5. L'entrée du contrôleur est la différence de température e et le taux de changement de différence de température ec entre la température réelle de la batterie et la température cible, qui sont traitées par fusion. , raisonnement flou et désamorçage, etc., et les paramètres PID sont modifiés Δkp, Δki et Δkd (kp est le coefficient d'ajustement proportionnel. Améliore la vitesse de réponse et la précision d'ajustement du système ; ki est le coefficient d'ajustement intégral pour éliminer les résidus ; kd est le coefficient d'ajustement différentiel pour améliorer les performances dynamiques du système), puis le contrôleur PID modifié résout le débit de liquide de refroidissement requis v en fonction de la différence de température e. Cette stratégie peut ajuster la capacité de dissipation thermique à tout moment en fonction du courant de charge et éviter la situation de capacité de dissipation thermique insuffisante ou de gaspillage d'énergie.

Stratégie de refroidissement PID floue

1.4 Mode d'application du système de refroidissement liquide

Les trois méthodes couramment utilisées dans l'application pratique du système de refroidissement par refroidissement liquide sont illustrées à la figure 6 : Premièrement, le tuyau contenant le liquide de refroidissement est utilisé pour entourer et contacter chaque batterie du module afin de réduire la température de la batterie et la différence de température entre les batteries. . Ce schéma est plus adapté aux batteries cylindriques [Figure 6(a)] ; Deuxièmement, le module de batterie est directement immergé dans un liquide de refroidissement non conducteur, ce qui peut refroidir tous les côtés de la batterie et contribuer à améliorer la cohérence de la température. Actuellement, il est couramment utilisé dans les serveurs des systèmes de calcul intensif, mais il est rarement appliqué dans le domaine du stockage d'énergie avec un risque élevé de fuite [Figure 6(b)]. Troisièmement, une plaque de refroidissement est placée entre la batterie ou le module de batterie, et il y a un microcanal liquide dans la plaque de refroidissement. Ce schéma convient aux batteries prismatiques ou aux batteries souples [Figure 6(c)].

Trois méthodes couramment utilisées dans l'application pratique du BTMS refroidi par liquide