1. Projeto de resfriamento líquido do sistema de armazenamento de energia industrial e comercial Para o processo de carga e descarga de alta taxa de baterias em grande escala, a capacidade de resfriamento do sistema de resfriamento de ar não pode atender à demanda de dissipação de calor das baterias. O líquido tem maior capacidade de calor específico e maior condutividade térmica do que o ar, e a velocidade de resfriamento do resfriamento líquido é mais rápida, o que tem um efeito significativo na redução da temperatura máxima local e na melhoria da consistência da temperatura do módulo da bateria. Ao mesmo tempo, o resfriamento líquido tem melhor controle de ruído do que o resfriamento a ar. A dissipação de calor por resfriamento líquido será uma importante direção de pesquisa para o gerenciamento térmico de baterias de lítio de alta potência sob condições de trabalho complexas no futuro, mas o sistema de resfriamento líquido também apresenta deficiências, como grande consumo de energia, altos requisitos de vedação e sistema complexo estrutura, e a aplicação real de sistemas de armazenamento de energia é mais difícil do que o resfriamento a ar. Os principais fatores que afetam o sistema de refrigeração líquida são: o layout e o design do tubo de refrigeração ou da placa de refrigeração e a vazão do refrigerante. 1.1 Projeto de canal líquido

Os principais pontos do projeto do canal resfriado a líquido são a relação comprimento/largura do canal, formato e número do canal e solução da diferença de temperatura entre a entrada e a saída. A pesquisa sobre esses problemas para canais convencionais mostra que aumentar o número de canais pode reduzir a diferença de temperatura entre a temperatura máxima e o módulo da bateria, mas a melhoria é limitada e o consumo de energia aumenta com o aumento do número de canais. Aumentar a proporção do canal dentro de uma determinada faixa também pode reduzir efetivamente a temperatura máxima da bateria de íons de lítio e reduzir a diferença de temperatura. Ao mesmo tempo, o tubo ondulado proposto pode aumentar a área de contato e melhorar a eficiência da dissipação de calor. Para resolver a diferença de temperatura entre a entrada e a saída de água, o tubo pode ser dividido em dois e a direção de entrada de água é definida no sentido oposto. Além disso, quando o número de baterias no módulo de bateria for grande, uma estrutura de resfriamento paralela deve ser usada. Um canal de resfriamento líquido com nervuras longitudinais é estudado, e os efeitos de diferentes comprimentos e larguras de nervuras e número no desempenho do sistema de resfriamento são comparados. O diagrama de seção transversal é mostrado na FIG. 3. Os quatro esquemas projetados são mostrados na Tabela 5. O artigo compara o coeficiente de transferência de calor, desempenho hidrotérmico, vazão mássica, potência de bombeamento e relação de consumo de energia, em que o índice de desempenho de resfriamento hidrotérmico é calculado por equação. Conforme mostrado na Tabela 6, o efeito do esquema 4 é o melhor, o que comprova a viabilidade do projeto. Além disso, com o aumento do número de nervuras, a eficiência de dissipação de calor é melhorada, enquanto a melhoria causada pela alteração da proporção das nervuras é pequena.

Diagrama do canal de refrigeração com nervuras

Parâmetros do canal de refrigeração com nervuras

1.2 Taxa de fluxo do refrigerante

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 Projeto do sistema e estratégia de controle de gerenciamento térmico
Uma estratégia de controle baseada no algoritmo PID fuzzy foi proposta para o sistema de refrigeração líquida, e um modelo de massa centralizado foi estabelecido. O modelo térmico da bateria foi estabelecido através da relação entre a resistência interna da bateria e a temperatura, a relação entre o coeficiente de transferência de calor convectivo e a vazão do refrigerante. Os resultados da simulação mostram que, em comparação com a estratégia tradicional de resfriamento PID, a estratégia de controle fuzzy possui maior robustez e tolerância a falhas. Nas mesmas condições, o tempo de ajuste da estratégia de resfriamento PID difuso é reduzido em 11 s, e a diferença máxima de temperatura é reduzida em 0,14 K, o que aumenta a capacidade do sistema de resistir a perturbações de corrente. A estrutura da estratégia de resfriamento PID difuso de resfriamento líquido é mostrada na Figura 5. A entrada do controlador é a diferença de temperatura e e a taxa de mudança de diferença de temperatura ec entre a temperatura real da bateria e a temperatura alvo, que são processadas por fusão , raciocínio difuso e desfusão, etc., e os parâmetros PID são modificados Δkp, Δki e Δkd (kp é o coeficiente de ajuste proporcional. Melhore a velocidade de resposta e a precisão de ajuste do sistema; ki é o coeficiente de ajuste integral para eliminar resíduos; kd é o coeficiente de ajuste diferencial para melhorar o desempenho dinâmico do sistema), e então o controlador PID modificado resolve a vazão de refrigerante necessária v de acordo com a diferença de temperatura e. Esta estratégia pode ajustar a capacidade de dissipação de calor a qualquer momento de acordo com a corrente de carga, evitando a situação de capacidade de dissipação de calor insuficiente ou desperdício de energia.

Estratégia de resfriamento Fuzzy PID

1.4 Modo de aplicação do sistema de refrigeração líquida

Os três métodos comumente usados ​​na aplicação prática do sistema de resfriamento por refrigeração líquida são mostrados na Figura 6: Primeiro, o tubo que contém o refrigerante é usado para envolver e entrar em contato com cada bateria no módulo para reduzir a temperatura da bateria e a diferença de temperatura entre as baterias . Este esquema é mais adequado para baterias cilíndricas [Figura 6(a)]; Em segundo lugar, o módulo da bateria está diretamente imerso em refrigerante não condutor, que pode resfriar todos os lados da bateria e ajudar a melhorar a consistência da temperatura. Atualmente, é comumente utilizado em servidores de sistemas de supercomputação, mas raramente é aplicado na área de armazenamento de energia com alto risco de vazamento [Figura 6 (b)]. Terceiro, uma placa de resfriamento é colocada entre a bateria ou módulo de bateria e há um microcanal líquido na placa de resfriamento. Este esquema é adequado para baterias prismáticas ou baterias soft pack [Figura 6 (c)].

Três métodos comumente usados ​​na aplicação prática de BTMS resfriado a líquido