Mit der raschen Entwicklung der Gesellschaft steigt die Nachfrage nach Strom. Das Energiespeichersystem kann nicht nur die Spitzen- und Talunterschiede in industrielle EnergiespeicherungSie sparen nicht nur Ressourcen und senken die Stromkosten, sondern lösen auch das Problem der hohen Volatilität, wenn die neue Energieerzeugung ans Netz geht.
Darüber hinaus kann es auch unter besonderen Umständen, z. B. bei einem Ausfall des Hauptnetzes, eine unabhängige Stromversorgung gewährleisten, um die Sicherheit der Stromversorgung sicherzustellen.
Mit der raschen Entwicklung und Anwendung der Energiespeicherindustrie haben Brandunfälle, die durch ein unkontrolliertes Wärmemanagement von Energiespeicherbatterien verursacht werden, mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Das thermische Durchgehen von Akkus ist die Hauptursache für Brände.
Daher wird die Untersuchung des thermischen Durchgehens von Energiespeichersystemen zu einem Brennpunkt in der Forschung über Energiespeicher.
Thermisches Management von Energiespeichern
Die Energiespeicherbehälter integriert Batterieschränke, Batteriemanagementsysteme, Umrichter, Wärmemanagementsysteme, Brandschutzsysteme usw. Es zeichnet sich durch hohe Modularität, kurze Bauzeit sowie einfachen Transport und Installation aus. Es ist für viele Orte und Anwendungsszenarien geeignet. 
Das Energiespeichersystem in diesem Beispiel verwendet einen 20-Fuß-Standardcontainer und ist mit einem Lithium-Ionen-BMSWechselrichter, Flüssigkeitskühlsystem, Stromverteilerschrank, Feuerlöschanlage usw.
Das Batteriesystem ist in Zellen, Batteriepacks, Batteriecluster und Batteriefächer unterteilt. Es verwendet Lithium-Eisenphosphat-Zellen (3,2 V/280 Ah).
52 Zellen werden in Reihe geschaltet, um einen Batteriesatz zu bilden (1P52S). 8 Batteriesätze werden in Reihe geschaltet, um einen Batteriesatz zu bilden. 8 Batteriecluster werden parallel geschaltet, um 1 Batteriefach zu bilden. Das Energiespeichersystem hat eine Nennspannung von 1331,2V und eine Nennkapazität von 2,98MW-h.
Ausrüstung für das Wärmemanagementsystem der Energiespeicher
Bei Energiespeichersystemen in Containern kommen derzeit hauptsächlich verschiedene Kühlmethoden zum Einsatz, z. B. natürliche Kühlung, forcierte Luftkühlung, Flüssigkeitskühlung und Phasenwechselkühlung. Bei der natürlichen Kühlung wird Luft als Medium verwendet und die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Energiespeichersystems zur Wärmeabfuhr genutzt.
Diese Methode der Wärmeableitung ist die einfachste und hat den schlechtesten Wärmeableitungseffekt. Wenn die Batterie geladen und entladen wird, ist es im Allgemeinen schwierig, die von der Batterie erzeugte Wärme durch natürliche Kühlung vollständig abzuführen. In diesem Fall müssen andere Kühlmethoden eingesetzt werden.
Bei der forcierten Luftkühlung wird ein Ventilator zur Erzeugung eines erzwungenen Luftstroms verwendet, um Wärme abzuführen. Diese Methode hat eine einfache Struktur und ist weit verbreitet, aber ihre Wärmeabfuhrkapazität ist begrenzt, der Wärmeübertragungskoeffizient ist niedrig und sie wird stark von der Umgebung beeinflusst.
Phasenwechselkühlung ist eine Technologie, die den Phasenübergang von Phasenwechselmaterialien zur Kühlung nutzt. Bei Phasenwechselmaterialien handelt es sich um ein spezielles Medium, das bei einem Phasenwechsel (Schmelzen, Verdampfen, Sublimieren) eine große Wärmemenge aufnehmen kann. An Orten mit hohen Anforderungen ist die Kühleffizienz gut, aber die Kosten sind hoch, so dass sie in Verbindung mit anderen Wärmeabfuhrmethoden eingesetzt werden muss.
Die Flüssigkeitskühlung verwendet eine fließende Kühlflüssigkeit als Medium, nutzt die hohe spezifische Wärmekapazität und den hohen Wärmeübergangskoeffizienten der Kühlflüssigkeit und arbeitet mit Wasserpumpen und Plattenwärmetauschern zusammen, um den Zweck der Wärmeableitung zu erreichen. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, klicken Sie auf unsere Flüssigkeitskühlung vs. Luftkühlung.
Bei der Flüssigkeitskühlung wird zwischen zwei Kühlmethoden unterschieden: Kontaktkühlung und berührungslose Kühlung. Bei der Kontakt-Flüssigkeitskühlung wird die Batterie direkt in die Kühlflüssigkeit getaucht. Die Kühlflüssigkeit und die Batterie stehen in direktem Kontakt, um die Wärme abzuführen. Diese Kühlmethode ist sehr effizient. Bei der berührungslosen Flüssigkeitskühlung wird eine Kühlplatte oder ein Kühlrohr verwendet, um die Batterie mit der Kühlung zu verbinden.
Die Kühleffizienz ist hoch, der Kühleffekt ist deutlich besser als bei der forcierten Luftkühlung, und die Batterietemperatur nach der Kühlung ist gleichmäßiger, die Kosten sind moderat, und sie ist weit verbreitet. In diesem Artikel wird die berührungslose Flüssigkeitskühlung zur Ableitung von Wärme aus dem Energiespeichersystem verwendet.
Strategie zur Steuerung des Wärmemanagements von Energiespeichern
Das Wärmemanagement des Energiespeichers hat zwei Betriebsarten: den Zwangssteuerungsmodus des Host-Computers und den automatischen Steuerungsmodus. Der Zwangssteuerungsmodus ist in vier Betriebszustände unterteilt: Kühlmodus, Heizmodus, Selbstzirkulationsmodus und Standby-Modus.
1) Betriebsart Kühlen: Wenn die Höchsttemperatur der Batterie (der Höchstwert in den BMS-Temperaturmesspunktdaten) Tmax ≥ 33°C ist, schaltet das Thermomanagement in den Kühlmodus. Zu diesem Zeitpunkt läuft der Kompressor und die Wasserpumpe ist eingeschaltet.
Wenn die Wasseraustrittstemperatur die Zieltemperatur von -5°C erreicht, wird der Kompressor abgeschaltet, das Gebläse wird verzögert und gestoppt, und die Wasserpumpe arbeitet weiter. In einigen Szenarien ist es erforderlich, die Kühlwasseraustrittstemperatur durch Anpassung der Kompressordrehzahl im Kühlbetrieb auf etwa 15 °C zu regeln. Wenn Tmax ≤ 28°C ist, sendet das System einen Befehl an das Wärmemanagement, um den Kühlmodus zu beenden.
2) Heizbetrieb: Wenn die niedrigste Batterietemperatur Tmin ≤ 12°C ist, schaltet das Wärmemanagement in den Heizmodus. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kompressor ausgeschaltet und der PTC und die Wasserpumpe laufen. Wenn die Batterietemperatur über dem eingestellten Schwellenwert +3°C liegt, wird der PTC ausgeschaltet, der Heizmodus wird verlassen und die Wasserpumpe läuft weiter. In einigen Fällen ist der Heizbetrieb erforderlich,
Durch Anpassung der PTC-Leistung und der Zieltemperatur wird die Kühlmittelaustrittstemperatur auf etwa 35 °C geregelt. Wenn Tmin ≥ 15℃ ist, sendet das System einen Befehl an die Wärmemanagementeinheit, um den Heizmodus zu beenden.
3) Selbstzirkulationsmodus: Wenn die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert in den Batterietemperaturmesspunktdaten TdT ≥ 15°C ist, geht das Wärmemanagementgerät in den Selbstzirkulationsmodus über.
Kompressor und PTC sind beide ausgeschaltet, der Lüfter ist verzögert, und die Wasserpumpe läuft. Wenn TdT≤12℃ ist, sendet das System einen Befehl an das Wärmemanagementgerät, um den Selbstzirkulationsmodus zu beenden.
4) Standby-Modus: Standby-Zustand, außer der CCU sind alle anderen Teile nicht in Betrieb. Meldung verschiedener Informationen, die von den eigenen Sensoren erfasst werden, an das System, z. B. Wassereinlass- und -auslasstemperatur usw.
5) Selbstkontrollmodus: Im Selbststeuerungsmodus schaltet die Wärmemanagementeinheit die externe Zirkulation ein, sobald sie eingeschaltet wird. Indem es die Temperatur des Rücklaufwassers der externen Zirkulation in Echtzeit erfasst, steuert es automatisch die Kühlung und Heizung entsprechend der eingestellten Aktionsschwelle.
Durch die Hinzufügung des automatischen Regelungsmodus kann sichergestellt werden, dass das Wärmemanagementgerät bei einer Unterbrechung der Kommunikation mit dem BMS auf der Grundlage der von ihm erfassten Sensorwerte selbständig auf verschiedene Regelungsmodi umschalten kann. Dadurch wird sichergestellt, dass der Energiespeicher auch bei einer Unterbrechung der Kommunikation auf dem entsprechenden Niveau arbeiten kann. innerhalb des Temperaturbereichs, um ein thermisches Ungleichgewicht des Akkus zu verhindern.
Der automatische Steuermodus und der vom Host-Computer erzwungene Steuermodus können über Fernkommunikation umgeschaltet und ausgeführt werden, und verschiedene Aktionstemperaturschwellenwerte im automatischen Steuermodus können über Fernkommunikation entsprechend der tatsächlichen Situation frei eingestellt werden. Das Flussdiagramm der Kontrollstrategie für den Kühlmodus des Energiespeichers ist oben dargestellt, und so weiter für andere Modi.
Berechnung des Wärmemanagements von Energiespeichern
Das Energiespeichersystem wird auf der Grundlage einer Lade- und Entladerate von 0,5 C berechnet, und die Heizleistung des Batteriekerns beträgt 12,5 W. Im Allgemeinen ist die Entladeleistung des Batteriekerns geringer als die Ladeleistung. Daher wird bei der Berechnung der Kühlkapazität die Ladeleistung verwendet.
Das Batteriefach enthält insgesamt 3328 Zellen. Die Gesamt Batterieheizung Leistung des Systems ist:
P1=12,5×3328=41600W
Die Masse des Batteriekerns beträgt 5,3 kg, und die Gesamtmasse des Batteriekerns beträgt 17638,4 kg. Die spezifische Wärmekapazität der Batterie beträgt im Allgemeinen 1,055 KJ/(kg-℃). Unter der Annahme, dass der maximale Temperaturanstieg des Batteriekerns 10℃ beträgt, errechnet sich der gesamte Erwärmungstemperaturanstieg des Batteriekerns nach Formel (3) Q ist 186085,12KJ｡.
Nehmen wir an, dass die Ladezeit beim Laden des Energiespeichers 2 Stunden beträgt und der Sicherheitsfaktor k 1,2 ist. Die minimale Kühlleistung der Wärmemanagementeinheit beträgt 18,84 kW, berechnet nach Formel (4), so dass die Kühlleistung der Wärmemanagementeinheit 20 kW beträgt.
Wenn die Umgebungstemperatur sehr niedrig ist, muss die Batterie arbeiten. Damit die Batterie in einem geeigneten Temperaturbereich arbeiten kann, muss die Batterie zunächst erwärmt werden. Unter der Annahme, dass der Temperaturanstieg 30°C beträgt, berechnen Sie die Heizleistung und berechnen Sie sie anhand der Formel (3): Q ist 558255,36KJ.
Wärmeaufnahmefähigkeit der Batterie: Pab=Q/T=558255.36/43200=12.92KW
Daher wird die Heizleistung der Wärmemanagementeinheit auf 14 kW festgelegt. Nach der Berechnung der Kühl- und Heizleistung müssen der Kompressor, die PTC-Heizung, der Verflüssiger, der Plattenaustausch usw. entsprechend angepasst werden, um sicherzustellen, dass die eingestellte Kühl- und Heizleistung erreicht wird.
Aufbau der Containerisolierschicht
Die Containerkabine sollte mit einer Isolierschicht versehen werden, um den Einfluss der äußeren Umgebungstemperatur auf die Kabine zu verringern. Je schlechter die Isolierung des Containers ist, desto anfälliger ist die Kabine für den Einfluss der äußeren Umgebungstemperatur.
Bei der Isolierung werden vor allem die Abdichtung und die Wärmedämmung berücksichtigt, und die Kabine muss auf allen Seiten eine Isolierschicht aufweisen, um den Wärmeaustausch zwischen dem Container und der äußeren Umgebung zu verringern.
Das Isoliermaterial sollte korrosionsbeständig, ungiftig und flammhemmend sein. Die Isolierschicht besteht in der Regel aus doppellagigen farbigen Stahlplatten, die zwischen Isolierplatten aus Steinwolle eingebettet sind, wodurch der Wärmeaustausch innerhalb und außerhalb der Kabine wirksam verhindert und die Feuerbeständigkeit verbessert werden kann.
Was die Abdichtung betrifft, so sollte die Containerkabine besser abgedichtet sein, und der allgemeine Schutzgrad sollte höher als IP54 sein.
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