Selecció de solucions d’emmagatzematge d’energia
Actualment, les tecnologies d’emmagatzematge d’energia amb una alta maduresa tecnològica i una àmplia aplicació són emmagatzematge i emmagatzematge d’energia electroquímica. L’emmagatzematge d’energia electroquímica utilitza principalment la tecnologia de bateries de liti. Tenint en compte factors com la rendibilitat, la seguretat, la vida útil i la maduresa de la indústria, les bateries de fosfat de ferro de liti són actualment les bateries més adequades per a l’emmagatzematge d’energia. L’emmagatzematge d’energia tèrmica La regulació de freqüència assistida té requisits elevats per al rendiment de les bateries d’emmagatzematge d’energia, incloses les característiques d’alta velocitat, les característiques d’alta escalada, la capacitat de resposta ràpida, la forta relació d’eficiència energètica, la seguretat a la temperatura alta i la llarga vida de la tecnologia d’emmagatzematge d’energia. Per tant, per als projectes de regulació de freqüències combinades d’energia d’energia tèrmica, es recomana utilitzar bateries de fosfat de ferro de liti. Des de la perspectiva dels escenaris d’aplicació d’emmagatzematge d’energia del costat de l’usuari, també es recomana utilitzar bateries de fosfat de ferro de liti basades en requisits com l’afaitat màxima, la resposta a la demanda i la fiabilitat de l’alimentació d’alimentació.
Els incendis de la bateria són causats principalment per la fugida tèrmica de la bateria, que es deu principalment a curtcircuits interns. Les principals causes dels curtcircuits interns són abús mecànic, abús elèctric i abús tèrmic. La manera de fer front a l’abús tèrmic és adoptar un bon disseny de gestió tèrmica.
La tecnologia de refrigeració de líquids utilitza la transferència de calor de convecció líquida per eliminar la calor generada per la bateria i reduir la temperatura. Es pot evitar el risc de fuites de líquids en refrigeració de líquids mitjançant un disseny estructural. L’eficiència del refredament líquid és superior a la del refredament de l’aire, i el control de la diferència de temperatura del refredament líquid és millor que el del refredament de l’aire. La temperatura del fluid i el control del flux del refredament líquid és més senzill que el del refredament de l’aire, i la durada de la bateria amb refrigeració líquida és més llarga. Tenint en compte el cost global, els sistemes de refrigeració de líquids tenen més avantatges que els sistemes de refrigeració d’aire. Al mateix temps, els problemes de seguretat en les centrals d’energia d’energia són destacats i els sistemes d’emmagatzematge d’energia de refrigeració líquids s’estan promovent i apliquen gradualment.
Sistema d’emmagatzematge d’energia de bateria de liti refrigerat per líquid
El sistema d’emmagatzematge d’energia de la bateria de liti consisteix en un compartiment de la bateria i un compartiment elèctric. El compartiment de la bateria està compost per cúmuls de bateries, sistemes de refrigeració de líquids, sistemes de protecció contra incendis, armaris combinadors, caixes de distribució, etc. El compartiment elèctric es compon d’inversors (PC), transformadors, armaris de control, unitats principals de l’anell, armaris de distribució de CA, aire condicionat, etc. Aquest estudi proporciona una descripció detallada del disseny i el desenvolupament del comptart de la bateria, mentre que la descripció del Comptart Elèctric s’omet. Tot el procés de disseny del sistema d’emmagatzematge d’energia de la bateria de liti inclou bateries, cremallera de bateries i contenidor de bateries, tal com es mostra a la figura.
El sistema d'emmagatzematge d'energia utilitza EVE Energy Square Square Shell Lithi Fosfat de ferro LF280K (3,2 V/280 AH). La connexió paral·lela de la sèrie de la bateria és 1p48s, i cada paquet de bateries té 48 cel·les de bateria LF280K amb una capacitat de 43,008 kW · h. El sistema de bateries consta de 8 cúmuls de bateries connectats en paral·lel, amb cada clúster format per 8 paquets de bateries connectats en sèrie. El sistema d’emmagatzematge d’energia té una capacitat de 2,75 MW · H i una tensió nominal de 1228,8 V. El compartiment del sistema d’emmagatzematge d’energia és un contenidor estàndard de 20 peus d’alçada (6,058 mx 2.438 mx 2.896 m) amb funcions com la impermeabilització, l’aïllament, la prevenció de la corrosió, la prevenció de l’incendi, el bloqueig de sorra, la resistència a les xocs i la protecció contra la UV. El seu nivell de protecció és IP54. Per tal d’evitar la sobrecàrrega i la sobrecàrrega de les bateries, assolir la gestió de les bateries de càrrega i descàrrega de les bateries i assegurar un funcionament estable i fiable del sistema de bateries, el sistema ha d’estar equipat amb un sistema de gestió de bateries (BMS) i el maquinari de protecció s’ha d’estar equipat amb relés, interruptors de circuit, fusibles, etc.
Disseny de gestió tèrmica d'emmagatzematge d'energia
Disseny del sistema de gestió tèrmica
El sistema de gestió de refrigeració i calefacció de líquids consisteix en plaques de refrigeració de líquids, unitats de refrigeració de líquids, canonades de refrigeració de líquids, arnesos de cablejat d’alta i baixa tensió i refrigerant. Pel que fa al problema de les fuites de refrigeració de líquids, es prenen les mesures següents. En primer lloc, l’articulació de refrigeració de líquids adopta una junta de pipa de refrigeració de refrigeració per a proves de refrigeració de grau de cotxe, cosa que pot assegurar que el risc de fuites de líquid es minimitzi durant el funcionament del sistema d’emmagatzematge d’energia. En segon lloc, s’ha d’instal·lar un sensor de nivell de líquid al dipòsit d’expansió de la unitat de refrigeració de líquids. Si hi ha alguna fuga, la unitat de refrigeració de líquids sonarà una alarma. En tercer lloc, el nivell de protecció del disseny del paquet de bateries és IP67, garantint que no hi hagi cap impacte en el sistema en cas de fuites. La placa de refrigeració de líquids de la bateria està feta de caça d’alumini d’alumini i s’integra amb les funcions de la base i la placa de refrigeració de líquids. La placa de refrigeració de líquids i la placa de coberta de segellat estan connectades per soldadura de fricció; Al mateix temps, la placa de refrigeració de líquids també experimentarà proves hermètiques per garantir un bon rendiment de segellat. La placa de refrigeració de líquids de bateries adopta un canal de flux "serpentina" i el refrigerant utilitza un 50% d'aigua per massa i un 50% d'etilè glicol per massa. El sistema de refrigeració de líquids utilitza una determinada estratègia de gestió tèrmica per refredar o escalfar el paquet de la bateria quan el refrigerant flueix per la placa de refrigeració de líquids.
Les unitats de refrigeració de líquids tenen funcions de refrigeració, calefacció i deshumidificació, i l'estratègia i el mode de treball del sistema de gestió tèrmica per a unitats de refrigeració de líquids estan estretament relacionats. Al text, Tmax fa referència a la temperatura més alta de la bateria; TVAG fa referència a la temperatura mitjana de la bateria; Tmin es refereix a la temperatura més baixa de la bateria.
Quan Tmax superior o igual a 28 graus i TVAG superior o igual a 25 graus, la unitat de refrigeració de líquids entra al mode de refrigeració, el compressor està activat i el refrigerant a alta temperatura i alta pressió es descarrega del compressor i entra al condensador per a la condensació. Després d’alliberar calor i refrigeració, s’accelera i s’aprimeix a través de la vàlvula d’expansió i, a continuació, entra a l’evaporador per intercanviar calor amb el refrigerant. El refrigerant absorbeix la calor i s’evapora a l’evaporador abans de tornar al port d’aspiració del compressor, completant un cicle de refrigeració. En aquest moment, la bomba d’aigua de la via d’aigua s’encén, el calefactor PTC no s’encén i el refrigerant es refreda a l’evaporador de la placa i entra a la placa de refrigeració de líquids de la bateria per refredar la bateria i eliminar el foc, aconseguint així el propòsit de refredar la bateria. Quan Tmax inferior o igual a 25 graus i TVAG inferior o igual a 22 graus, atureu el mode de refrigeració.
Quan TMIN inferior o igual a 12 graus i TVAG inferior o igual a 15 graus, la unitat de refrigeració líquida entra al mode de calefacció, el compressor està apagat, la bomba d’aigua i el calefactor PTC s’encenen i el refrigerant s’escalfa pel escalfador PTC i entra a la placa de refrigeració de la bateria per escalfar la bateria. Aquest mode és adequat per a situacions en què la temperatura de la bateria és massa baixa i cal escalfar -se. Atureu el mode de calefacció quan Tmin sigui superior o igual a 20 graus i TVAG superior o igual a 23 graus.
Quan la temperatura de l’entrada és inferior o igual a 12 graus, la unitat de refrigeració líquida entra en mode d’auto -circulació, el compressor, el ventilador, el calefactor PTC s’apaga i la bomba d’aigua s’encén, permetent que el refrigerant circuli repetidament per la placa de refrigeració de la bateria i la unitat, portant el foc a la bateria. Quan la humitat dins del contenidor sigui superior a la temperatura del punt de rosada a la temperatura corresponent, la unitat de refrigeració líquida activarà el mode de deshumidificació.
Sistema de protecció contra incendis d'emmagatzematge d'energia
El sistema de protecció contra incendis utilitza cada paquet de bateries com a unitat de protecció mínima i adopta una nova solució tecnològica d’extinció d’incendis de l’agent d’extinció d’incendis atomitzats de dues fases de gas-líquid de gas. Utilitza conjuntament detectors d’aspiració, detectors de gas combustibles i detectors de temperatura i fum per controlar i detectar de forma exhaustiva tota la caixa d’emmagatzematge d’energia en temps real. Entre ells, el detector inspirador monitoritza i protegeix tota la caixa de bateries del clúster en unitats de cúmuls de bateries, el detector de gas combustible monitoritza i protegeix les bateries i el detector de temperatura i fum monitors i protegeix el compartiment elèctric.
Quan un paquet de bateries experimenta un incendi tèrmic, el detector detecta el foc i obre la vàlvula de control de partició del clúster de la bateria. Al mateix temps, la informació del foc es transmet a l'amfitrió de la supressió del foc a través del bus de llauna. El so i l’alarma de llum s’encén, el sistema d’escapament s’encén i l’amfitrió de supressió comença a sortir. L’agent d’extinció d’incendis es transporta a la boquilla de dos fases de gas-líquid a través de la canalització i la vàlvula de control de particions. L’agent d’extinció de foc s’atomitza a través de la boquilla i es ruixa a l’interior del paquet de bateries per implementar funcions de refrigeració i extinció de foc.
L’amfitrió d’incendis d’emmagatzematge d’energia utilitza perfluorohexà com a agent principal d’extinció de foc per extingir, suprimir i evitar incendis precoçs al gabinet d’emmagatzematge d’energia. Una vegada que el foc sigui massa gran, l’agent d’extinció de foc s’ha de ruixar durant molt de temps. Després que s’utilitzi l’agent d’extinció de foc de perfluorohexà integrat a l’amfitrió, el sistema reomplirà automàticament l’aigua d’hidrant d’incendis per aconseguir un ruixat continu a llarg termini, suprimirà la regna d’incendi i refredarà la bateria.
Verificació de proves
El sistema d’emmagatzematge d’energia del contenidor refrigerat líquid experimenta una prova de càrrega 0. Al final de la càrrega, la temperatura superficial de les cèl·lules de la bateria dins del paquet de la bateria és inferior a 35 graus, amb un augment de la temperatura inferior a 10 graus. Al llarg de tot el procés de càrrega, la temperatura més baixa al punt de control és de 32,5 graus i la temperatura més alta és de 34,8 graus, amb una diferència de temperatura inferior a 2,3 graus, tal com es mostra a la figura 2. A partir dels resultats experimentals de la figura 2, es pot veure que l’augment de la temperatura dels contenidors refrigerats líquids és molt menor que la diferència de temperatura refrigerades per l’aire. Generalment, la diferència de temperatura dels contenidors refrigerats per l’aire arriba al grau 5-8, que pot promoure eficaçment la consistència de temperatura de tot el sistema d’emmagatzematge d’energia i ampliar la vida operativa del sistema.
Conclusió
El projecte va dissenyar un sistema d’emmagatzematge d’energia de contenidors refrigerats de 20 peus de líquid, incloent disseny teòric del sistema, disseny de gestió tèrmica, disseny de protecció contra incendis, etc. Finalment, la verificació experimental va demostrar que la consistència de la temperatura del sistema d’emmagatzematge d’energia era bona i l’augment de la temperatura va complir els requisits.
L’ús de bateries refrigerades per líquids en vehicles d’energia nous és molt madur i el sistema d’emmagatzematge d’energia és estacionari sense el risc de fuites. El sistema de contenidors refrigerat per líquid redueix el disseny de conductes d’aire interns, adopta un sistema de manteniment extern, elimina la necessitat d’espai de passadís intern i adopta un gran disseny de paquets de bateries per maximitzar la densitat d’energia. En termes de cost global, el sistema d’emmagatzematge d’energia de contenidors refrigerats líquids té més avantatges. El més important per al sistema d’emmagatzematge d’energia és garantir la seva seguretat i el disseny del sistema de protecció contra incendis és crucial. El sistema adopta la protecció contra incendis a nivell de paquets i un esquema de supressió contínua de perfluorohexà i protecció contra incendis d’aigua per assegurar el funcionament segur del sistema.