1. Projekt chłodzenia cieczą przemysłowego i komercyjnego systemu magazynowania energii. W przypadku procesów szybkiego ładowania i rozładowywania dużych akumulatorów, wydajność chłodnicza układu chłodzenia powietrzem nie jest w stanie zaspokoić zapotrzebowania pakietów akumulatorów na odprowadzanie ciepła. Ciecz ma wyższą pojemność cieplną właściwą i wyższą przewodność cieplną niż powietrze, a prędkość chłodzenia cieczą jest większa, co ma znaczący wpływ na zmniejszenie lokalnej temperatury maksymalnej i poprawę spójności temperaturowej modułu akumulatorowego. Jednocześnie chłodzenie cieczą zapewnia lepszą kontrolę hałasu niż chłodzenie powietrzem. Rozpraszanie ciepła przez chłodzenie cieczą będzie ważnym kierunkiem badań w zakresie zarządzania termicznego akumulatorami litowymi dużej mocy w złożonych warunkach pracy w przyszłości, ale system chłodzenia cieczą ma również wady, takie jak duże zużycie energii, wysokie wymagania dotyczące uszczelnienia i złożony system konstrukcji, a faktyczne zastosowanie systemów magazynowania energii jest trudniejsze niż chłodzenie powietrzem. Głównymi czynnikami wpływającymi na układ chłodzenia cieczą są: układ i konstrukcja rury chłodzącej lub płyty chłodzącej oraz natężenie przepływu chłodziwa. 1.1 Projekt kanału cieczy

Główne punkty konstrukcji kanału chłodzonego cieczą to stosunek długości do szerokości kanału, kształt i liczba kanałów oraz rozwiązanie różnicy temperatur między wlotem i wylotem. Badania nad tymi problemami dla kanałów konwencjonalnych pokazują, że zwiększenie liczby kanałów może zmniejszyć różnicę temperatur pomiędzy temperaturą maksymalną a modułem akumulatorowym, ale poprawa jest ograniczona, a zużycie energii wzrasta wraz ze wzrostem liczby kanałów. Zwiększenie współczynnika kształtu kanału w pewnym zakresie może również skutecznie zmniejszyć maksymalną temperaturę pakietu akumulatorów litowo-jonowych i zmniejszyć różnicę temperatur. Jednocześnie proponowana rura falista może zwiększyć powierzchnię styku i poprawić efektywność rozpraszania ciepła. Aby rozwiązać różnicę temperatur między wlotem i wylotem wody, rurę można podzielić na dwie części i ustawić kierunek wlotu wody na przeciwny. Dodatkowo, gdy ilość akumulatorów w module akumulatorowym jest duża, należy zastosować równoległą konstrukcję chłodzącą. Zbadano kanał chłodzący ciecz z żebrami podłużnymi i porównano wpływ różnych proporcji długości i szerokości żeber oraz ich liczby na wydajność układu chłodzenia. Schemat przekroju poprzecznego pokazano na FIG. 3. Cztery zaprojektowane schematy przedstawiono w tabeli 5. W artykule porównano współczynnik przenikania ciepła, wydajność hydrotermalną, masowe natężenie przepływu, moc pompowania i współczynnik poboru mocy, w którym za pomocą równania obliczany jest wskaźnik wydajności chłodzenia hydrotermalnego. Jak pokazano w tabeli 6, najlepszy efekt uzyskano według schematu 4, co świadczy o wykonalności projektu. Ponadto wraz ze wzrostem liczby żeber poprawia się efektywność odprowadzania ciepła, podczas gdy poprawa spowodowana zmianą proporcji żeber jest niewielka.

Schemat żebrowanego kanału chłodziwa

Parametry żebrowanego kanału chłodziwa

1.2 Natężenie przepływu chłodziwa

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 Projekt systemu i strategia sterowania zarządzaniem ciepłem
Zaproponowano strategię sterowania opartą na algorytmie rozmytym PID dla układu chłodzenia cieczą oraz ustalono scentralizowany model masowy. Model termiczny akumulatora ustalono poprzez zależność rezystancji wewnętrznej akumulatora od temperatury, zależność współczynnika konwekcyjnego przenikania ciepła od natężenia przepływu chłodziwa. Wyniki symulacji pokazują, że w porównaniu z tradycyjną strategią chłodzenia PID, strategia sterowania rozmytego charakteryzuje się większą niezawodnością i odpornością na błędy. W tych samych warunkach czas regulacji strategii chłodzenia rozmytego PID ulega skróceniu o 11 s, a maksymalna różnica temperatur zostaje zmniejszona o 0,14 K, co zwiększa odporność systemu na zakłócenia prądowe. Strukturę strategii chłodzenia rozmytego PID z chłodzeniem cieczą pokazano na rysunku 5. Dane wejściowe sterownika to różnica temperatur e i szybkość zmian różnicy temperatur ec pomiędzy rzeczywistą temperaturą pakietu akumulatorów a temperaturą docelową, które są przetwarzane przez fuzing , wnioskowanie rozmyte i rozbrajanie itp., a parametry PID są modyfikowane Δkp, Δki i Δkd(kp to współczynnik dostosowania proporcjonalnego. Poprawa szybkości reakcji i dokładności regulacji systemu; ki to całkowy współczynnik dostosowania w celu wyeliminowania pozostałości; kd jest współczynnikiem dostosowania różnicy w celu poprawy wydajności dynamicznej układu), a następnie zmodyfikowany regulator PID ustala wymagane natężenie przepływu chłodziwa v w zależności od różnicy temperatur e. Strategia ta pozwala w dowolnym momencie dostosować zdolność odprowadzania ciepła do prądu obciążenia i uniknąć sytuacji, w której zdolność odprowadzania ciepła jest niewystarczająca lub marnuje się energię.

Rozmyta strategia chłodzenia PID

1.4 Tryb zastosowania układu chłodzenia cieczą

Trzy metody powszechnie stosowane w praktycznym zastosowaniu układu chłodzenia cieczą pokazano na rysunku 6: Po pierwsze, rura zawierająca płyn chłodzący otacza i styka się z każdym akumulatorem w module, aby zmniejszyć temperaturę akumulatora i różnicę temperatur pomiędzy akumulatorami . Ten schemat jest bardziej odpowiedni dla akumulatorów cylindrycznych [Rysunek 6(a)]; Po drugie, moduł akumulatorowy jest bezpośrednio zanurzony w nieprzewodzącym płynie chłodzącym, który może schłodzić akumulator ze wszystkich stron i pomóc poprawić spójność temperatury. Obecnie jest powszechnie stosowany w serwerach systemów superkomputerowych, natomiast rzadko jest stosowany w obszarze magazynowania energii o dużym ryzyku wycieku [Rysunek 6(b)]. Po trzecie, pomiędzy akumulatorem lub modułem akumulatorowym umieszcza się płytę chłodzącą, a w płycie chłodzącej znajduje się mikrokanał z cieczą. Schemat ten jest odpowiedni dla akumulatorów pryzmatycznych lub akumulatorów typu softpack [Rysunek 6(c)].

Trzy metody powszechnie stosowane w praktycznym zastosowaniu BTMS chłodzonych cieczą