1. Desain pendingin cair sistem penyimpanan energi industri dan komersial Untuk proses pengisian dan pengosongan baterai skala besar dengan kecepatan tinggi, kapasitas pendinginan sistem pendingin udara tidak dapat memenuhi permintaan pembuangan panas paket baterai. Cairan memiliki kapasitas panas spesifik yang lebih tinggi dan konduktivitas termal yang lebih tinggi daripada udara, dan kecepatan pendinginan cairan lebih cepat, yang memiliki pengaruh signifikan dalam mengurangi suhu maksimum lokal dan meningkatkan konsistensi suhu modul baterai. Pada saat yang sama, pendingin cair memiliki pengendalian kebisingan yang lebih baik daripada pendingin udara. Disipasi panas pendingin cair akan menjadi arah penelitian penting untuk manajemen termal baterai litium berdaya tinggi dalam kondisi kerja yang kompleks di masa depan, namun sistem pendingin cair juga memiliki kekurangan, seperti konsumsi energi yang besar, persyaratan penyegelan yang tinggi, dan sistem yang kompleks. struktur, dan penerapan sistem penyimpanan energi sebenarnya lebih sulit daripada pendinginan udara. Faktor utama yang mempengaruhi sistem pendingin cair adalah: tata letak dan desain pipa pendingin atau pelat pendingin, dan laju aliran pendingin. 1.1 Desain saluran cair

Poin utama dari desain saluran berpendingin cairan adalah rasio panjang dan lebar saluran, bentuk dan jumlah saluran, serta penyelesaian perbedaan suhu antara saluran masuk dan saluran keluar. Penelitian mengenai masalah saluran konvensional ini menunjukkan bahwa menambah jumlah saluran dapat mengurangi perbedaan suhu antara suhu maksimum dan modul baterai, namun peningkatannya terbatas dan konsumsi energi meningkat seiring bertambahnya jumlah saluran. Meningkatkan rasio aspek saluran dalam kisaran tertentu juga dapat secara efektif mengurangi suhu maksimum baterai lithium-ion dan mengurangi perbedaan suhu. Pada saat yang sama, pipa bergelombang yang diusulkan dapat meningkatkan area kontak dan meningkatkan efisiensi pembuangan panas. Untuk mengatasi perbedaan suhu antara saluran masuk air dan saluran keluar air, pipa dapat dibelah menjadi dua, dan arah saluran masuk air diatur sebaliknya. Selain itu, bila jumlah baterai dalam modul baterai banyak, struktur pendingin paralel harus digunakan. Saluran pendingin cair dengan rusuk memanjang dipelajari, dan pengaruh perbedaan panjang rusuk terhadap rasio lebar dan jumlah terhadap kinerja sistem pendingin dibandingkan. Diagram penampang ditunjukkan pada Gambar. 3. Keempat skema yang dirancang ditunjukkan pada Tabel 5. Makalah ini membandingkan koefisien perpindahan panas, kinerja hidrotermal, laju aliran massa, daya pemompaan dan rasio konsumsi daya, dimana indeks kinerja pendinginan hidrotermal dihitung dengan persamaan. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 6, efek skema 4 adalah yang terbaik, yang membuktikan kelayakan desain. Selain itu, dengan bertambahnya jumlah rusuk, efisiensi pembuangan panas juga meningkat, sedangkan peningkatan yang disebabkan oleh perubahan rasio aspek rusuk menjadi kecil.

Diagram saluran pendingin berusuk

Parameter saluran pendingin bergaris

1.2 Laju aliran cairan pendingin

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 Desain sistem dan strategi pengendalian manajemen termal
Strategi pengendalian berdasarkan algoritma fuzzy PID diusulkan untuk sistem pendingin cair, dan model massa terpusat dibuat. Model termal baterai dibuat melalui hubungan antara resistansi internal baterai dan suhu, hubungan antara koefisien perpindahan panas konvektif dan laju aliran cairan pendingin. Hasil simulasi menunjukkan bahwa dibandingkan dengan strategi pendinginan PID tradisional, strategi kontrol fuzzy memiliki ketahanan dan toleransi kesalahan yang lebih kuat. Dalam kondisi yang sama, waktu penyesuaian strategi pendinginan PID fuzzy dipersingkat 11 detik, dan perbedaan suhu maksimum berkurang sebesar 0,14 K, yang meningkatkan kemampuan sistem untuk menahan gangguan arus. Struktur strategi pendinginan PID fuzzy pendingin cair ditunjukkan pada Gambar 5. Input pengontrol adalah perbedaan suhu e dan laju perubahan perbedaan suhu ec antara suhu aktual paket baterai dan suhu target, yang diproses dengan fuzing , penalaran fuzzy dan defuzing, dll., dan parameter PID dimodifikasi Δkp, Δki dan Δkd(kp adalah koefisien penyesuaian proporsional. Meningkatkan kecepatan respons dan akurasi penyesuaian sistem; ki adalah koefisien penyesuaian integral untuk menghilangkan sisa; kd adalah koefisien penyesuaian diferensial untuk meningkatkan kinerja dinamis sistem), dan kemudian pengontrol PID yang dimodifikasi menyelesaikan laju aliran pendingin yang diperlukan v sesuai dengan perbedaan suhu e. Strategi ini dapat menyesuaikan kapasitas pembuangan panas kapan saja sesuai dengan arus beban, dan menghindari situasi kapasitas pembuangan panas yang tidak mencukupi atau pemborosan energi.

Strategi pendinginan PID fuzzy

1.4 Mode Aplikasi sistem pendingin cair

Tiga metode yang umum digunakan dalam aplikasi praktis sistem pendingin pendingin cair ditunjukkan pada Gambar 6: Pertama, pipa berisi cairan pendingin digunakan untuk mengelilingi dan menghubungi setiap baterai dalam modul untuk mengurangi suhu baterai dan perbedaan suhu antar baterai. . Skema ini lebih cocok untuk baterai silinder [Gambar 6(a)]; Kedua, modul baterai direndam langsung dalam cairan pendingin non-konduktif, yang dapat mendinginkan seluruh sisi baterai dan membantu meningkatkan konsistensi suhu. Saat ini, hal ini umum digunakan pada server sistem superkomputer, namun jarang diterapkan pada bidang penyimpanan energi dengan risiko kebocoran yang tinggi [Gambar 6(b)]. Ketiga, pelat pendingin ditempatkan di antara baterai atau modul baterai, dan terdapat saluran mikro cair di pelat pendingin. Skema ini cocok untuk baterai prismatik atau baterai soft pack [Gambar 6(c)].

Tiga metode yang umum digunakan dalam aplikasi praktis BTMS berpendingin cairan