1 Air cooling and heat dissipation design of industrial and commercial energy storage system

Air cooling is the use of air as a heat exchange medium, the use of air to circulate in the battery pack, the use of the temperature difference between the battery module and the air for heat transfer, generally divided into passive air cooling and active air cooling. The main factors affecting its cooling efficiency are cooling mode, air flow field design, battery arrangement and air inlet wind speed.

1.1 Battery Dimensions and spacing
Battery spacing is a key factor affecting the performance of air cooling. Suitable battery spacing can not only improve the efficiency of air cooling, but also maintain the uniform distribution of battery temperature. The front and back spacing and left and right Angle of adjacent cells in the battery module were converted into 6 independent variables, and the corresponding CFD simulation output (maximum temperature and temperature difference) was used to train the Bayesian neural network, and the optimal battery spacing arrangement was obtained. The study showed that the front and back spacing had less effect on the battery temperature than the left and right spacing. Increasing the spacing from left to right in the middle area of the battery pack can improve the temperature uniformity of the entire battery pack. A parallel air supply optimization strategy that reduces the spacing around cooler cells by increasing the distance between warmer cells. The efficiency of the air cooling system is optimized. Under constant heating power, the maximum temperature of the battery pack is reduced by 0.8K and the maximum temperature difference is reduced by 2.9K (by 42%). This optimization strategy has a significant effect in controlling temperature difference. Under the unsteady heating rate, the maximum temperature difference during 4 C and 5 C discharge is reduced by 39% and 37%(1.5 and 1.8 K), respectively, and both the maximum temperature and the maximum temperature difference are reduced. The influence of different battery spacing and inlet length in the air-cooled system of the storage container is studied. The simulation condition is 1 C current discharge, and the ambient temperature and inlet gas temperature are 25 and 15 ℃. The effects of battery module spacing of 10, 20, 30 mm and air inlet length of 80, 130, 180 mm on the system temperature were compared. The results are shown in Table 2, the best effect is achieved when the spacing is 20 mm and the length of the air inlet is 80 mm. It can be seen that the increase of the spacing of the battery can play a role in the optimization of the system within a certain range, and the effect becomes better with the shortening of the length of the air inlet.

1.2 System design and thermal management strategy

Celem projektu systemu i strategii zarządzania temperaturą jest kontrolowanie temperatury modułu akumulatorowego w sposób terminowy i skuteczny, tak aby akumulator mógł pracować w odpowiednim środowisku. Istniejące badania obejmują głównie projektowanie strategii sterowania, rodzaju pola przepływu powietrza oraz optymalizację prędkości wiatru na wlocie powietrza, tak aby zapewnić efektywność systemu zarządzania ciepłem.
(1) Strategia kontroli systemu

Mając na celu zarządzanie termiczne systemem magazynowania energii w megawatowych kontenerach, zaprojektowano zestaw strategii kontroli temperatury systemu magazynowania energii, w tym klimatyzatora i wentylatora. System będzie kontrolował działanie i wyłączanie klimatyzatora i wentylatora w zależności od temperatury akumulatora i temperatury otoczenia w czasie rzeczywistym. Gdy temperatura otoczenia będzie niższa niż 12°C, klimatyzator będzie nagrzewał akumulator, a gdy temperatura będzie wyższa niż 28°C, klimatyzator będzie chłodził akumulator. Gdy BTMS wykryje, że temperatura BBU jest wyższa niż 33°C, wentylator BBU uruchamia się niezależnie. Gdy temperatura BBU spadnie poniżej 31°C, wentylator BBU przestaje działać. Dane pokazują, że temperatura pracy akumulatora utrzymuje się poniżej 40 ℃, a stała temperatura jest dobra pod warunkiem niskiej mocy. Wielowyjściowy system zarządzania ciepłem jest przeznaczony dla modułów akumulatorowych 5×5, który różni się od poprzedniego układem jednego wyjścia, a jego wydajność rozpraszania ciepła jest bardziej efektywna. W tym badaniu 1 wlot powietrza znajduje się w górnej środkowej części, a 4 wyloty powietrza znajdują się w prawym dolnym rogu z czterech stron, co zapewnia najlepszy efekt chłodzenia. W porównaniu z oryginalnym modelem temperatura maksymalna, maksymalna różnica temperatur, średnia temperatura i odchylenie standardowe temperatury zostały zmniejszone odpowiednio o 16,4%, 48,7%, 10,5% i 43,1%. Gdy akumulator jest rozładowywany w temperaturze 3°C, temperaturę modułu akumulatorowego można utrzymać poniżej 40°C, zapewniając prędkość wlotu powietrza co najmniej 2 m/s, co widać, że strategia zapewnia dobrą pracę akumulatora w warunkach dużych stóp procentowych.

9 rodzajów schematu projektowego pola przepływu powietrza

Pole temperaturowe kontenerów magazynowych o różnych konstrukcjach

Maksymalna temperatura i różnica temperatur akumulatorów w różnych polach przepływu powietrza

(2) Projekt układu systemu
W układzie chłodzenia powietrzem, wybierając odpowiedni wzór przepływu, można jeszcze bardziej poprawić wydajność chłodzenia. Badano wpływ różnych pól przepływu powietrza na temperaturę modułu akumulatorowego. Stwierdzono, że temperatura płynu będzie rosnąć sekwencyjnie podczas procesu przepływu, gdy stosuje się szeregowe zasilanie powietrzem, co skutkuje dużą różnicą temperatur pomiędzy obiema stronami akumulatora. Równoległy dopływ powietrza w kształcie klina (typ Z) może skutecznie zapewnić stałą temperaturę akumulatora. Zbadano maksymalną temperaturę i różnicę temperatur akumulatora w zestawie akumulatorów w 9 różnych projektach pola przepływu przy tej samej prędkości powietrza i wydajności rozpraszania ciepła, jak pokazano na rysunku 2. Wyniki tabeli 3 pokazują, że efekt chłodzący pola przepływu Nr 3 jest najgorszy, a odpowiadające im Tmax i ΔTmax wynoszą odpowiednio 329,33 K i 8,22 K. Najniższy Tmax (324,91 K) i najniższy ΔTmax (2,09 K) występują odpowiednio 9 i 7. Można zauważyć, że położenie wlotu i wylotu ma znaczący wpływ na wzór konwekcji, a różne ścieżki przepływu prowadzą do różnej dystrybucji powietrza. Im większa prędkość powietrza po obu stronach akumulatora, tym lepszy efekt chłodzenia, im bliższa jest prędkość powietrza w każdym kanale i lepsza spójność temperaturowa akumulatora.

(3) Prędkość wiatru na wlocie powietrza

Prędkość wiatru jest bardzo ważna dla układu chłodzenia powietrzem, rozsądna prędkość wiatru może poprawić wydajność chłodzenia systemu, zapewniając jednocześnie niskie zużycie energii. Badano wydajność chłodzenia BTMS przy różnych prędkościach wiatru na wlocie. BTMS z klimatyzacją, gdy temperatura otoczenia > 20°C, temperatura powietrza na wlocie wynosi 20°C, gdy temperatura otoczenia jest równa 20°C, zastosowanie bezpośredniego chłodzenia powietrzem otoczenia. Badania pokazują, że przy temperaturach otoczenia od 30 ℃ do 50 ℃, średnia temperatura i maksymalna różnica temperatur akumulatora w pełnym cyklu zmniejszają się wraz ze wzrostem prędkości wiatru. Jak widać z tabeli 4, gdy prędkość wiatru jest równa 1 m/s, akumulator może utrzymać rozsądną temperaturę, a prędkość wiatru nadal rośnie, ale korzyści będą stopniowo maleć, a zużycie energii będzie rosło. Dlatego wybór prędkości wiatru w zastosowaniach praktycznych powinien być zrównoważony pomiędzy nimi. Badanie wykazało również, że zwiększenie prędkości wiatru może zmniejszyć temperaturę roboczą i maksymalną różnicę temperatur akumulatora, a także spowolnić tempo utraty pojemności akumulatora.

Temperatura końca cyklu przy różnych prędkościach wiatru