Selección de soluciones de almacenamiento de energía
En la actualidad, las tecnologías de almacenamiento de energía con alta madurez tecnológica y aplicación amplia son almacenamiento bombeado y almacenamiento de energía electroquímica. El almacenamiento de energía electroquímica utiliza principalmente tecnología de batería de litio. Teniendo en cuenta factores como la rentabilidad, la seguridad, la vida útil y la madurez de la industria, las baterías de fosfato de hierro de litio son actualmente las baterías más adecuadas para el almacenamiento de energía. La regulación de frecuencia asistida por almacenamiento de energía térmica tiene altos requisitos para el rendimiento de las baterías de almacenamiento de energía, incluidas las características de alta velocidad, las características de alta escalada, la capacidad de respuesta rápida, la fuerte relación de eficiencia energética, la seguridad de alta temperatura y la larga vida útil de la tecnología de almacenamiento de energía. Por lo tanto, para los proyectos de regulación de frecuencia combinada de almacenamiento de energía térmica, se recomienda utilizar baterías de fosfato de hierro de litio. Desde la perspectiva de los escenarios de la aplicación de almacenamiento de energía del lado del usuario, también se recomienda utilizar baterías de fosfato de hierro de litio en función de requisitos como el afeitado máximo, la respuesta a la demanda y la confiabilidad de la fuente de alimentación.
Los incendios de la batería son causados principalmente por el fugitivo térmico de la batería, que se debe principalmente a cortocircuitos internos. Las principales causas de cortocircuitos internos incluyen abuso mecánico, abuso eléctrico y abuso térmico. La forma de lidiar con el abuso térmico es adoptar un buen diseño de gestión térmica.
La tecnología de enfriamiento de líquidos utiliza transferencia de calor con convección de líquido para eliminar el calor generado por la batería y reducir su temperatura. El riesgo de fuga de líquido en el enfriamiento líquido se puede evitar mediante el diseño estructural. La eficiencia del enfriamiento líquido es mayor que la del enfriamiento del aire, y el control de la diferencia de temperatura del enfriamiento líquido es mejor que el del enfriamiento del aire. La temperatura del fluido y el control de flujo del enfriamiento líquido es más simple que el del enfriamiento del aire, y la duración de la batería con enfriamiento líquido es más larga. Teniendo en cuenta el costo general, los sistemas de enfriamiento líquido tienen más ventajas que los sistemas de enfriamiento de aire. Al mismo tiempo, los problemas de seguridad en las centrales de energía de almacenamiento de energía son prominentes, y los sistemas de almacenamiento de energía de enfriamiento de líquidos se promueven y aplican gradualmente.
Sistema de almacenamiento de energía de batería de litio enfriado por líquido
El sistema de almacenamiento de energía de la batería de litio consiste en un compartimento de batería y un compartimento eléctrico. El compartimento de la batería está compuesto por grupos de baterías, sistemas de enfriamiento de líquidos, sistemas de protección contra incendios, gabinetes de combinador, cajas de distribución, etc. El compartimento eléctrico está compuesto por inversores (PC), transformadores, gabinetes de control, unidades principales de anillo, gabinetes de distribución de CA, aire acondicionado, etc. Este estudio proporciona una descripción detallada del diseño y desarrollo del compartimento de la batería, mientras que la descripción de la electricidad es omitido. Todo el proceso de diseño del sistema de almacenamiento de energía de la batería de litio incluye paquete de batería, bastidor de baterías y contenedor de batería, como se muestra en la figura.
El sistema de almacenamiento de energía utiliza Eve Energy Square Aluminium Sharl Lithium Iron Fosfato LF280K Battery Celdas (3.2 V/280 AH). La conexión paralela de la serie de la batería es 1p48s, y cada batería tiene 48 celdas de batería LF280K con una capacidad de 43.008 kW · h. El sistema de batería consta de 8 grupos de batería conectados en paralelo, y cada clúster consta de 8 paquetes de baterías conectados en serie. El sistema de almacenamiento de energía tiene una capacidad de 2.75 MW · H y un voltaje nominal de 1228.8 V. El compartimento de la batería del sistema de almacenamiento de energía es un contenedor estándar de 20 pies de altura (6.058 mx 2.438 mx 2.896 m) con funciones como impermeabilización, aislamiento, prevención de corrosión, prevención de incendios, bloqueo de arena, resistencia a choque y protección de UV. Su nivel de protección es IP54. Para evitar la sobrecarga y la sobrecarga de las baterías, lograr la gestión de baterías de carga y descarga, y garantizar un funcionamiento estable y confiable del sistema de batería, el sistema debe estar equipado con un sistema de administración de baterías (BMS), y el hardware de protección debe estar equipado con relés, interrupciones de circuitos, fusibles, etc.
Diseño de gestión térmica de almacenamiento de energía
Diseño del sistema de gestión térmica
El sistema de gestión de calefacción y enfriamiento de líquidos consiste en placas de enfriamiento de líquidos, unidades de enfriamiento de líquidos, tuberías de enfriamiento de líquidos, arneses de cableado de alto y bajo voltaje y refrigerante. Con respecto al tema de la fuga de enfriamiento líquido, se toman las siguientes medidas. En primer lugar, la junta de enfriamiento de líquidos adopta la junta de enchufe de enfriamiento de la tubería de refrigeración de la fuga de grado de automóvil, lo que puede garantizar que el riesgo de fuga de líquido se minimice durante la operación del sistema de almacenamiento de energía. En segundo lugar, se debe instalar un sensor de nivel de líquido en el tanque de expansión de la unidad de enfriamiento de líquidos. Si hay alguna fuga, la unidad de enfriamiento de líquido sonará una alarma. En tercer lugar, el nivel de protección del diseño del paquete de baterías es IP67, asegurando que no haya impacto en el sistema en caso de fuga. La placa de enfriamiento de líquido de la batería está hecha de aleación de aluminio y se integra con las funciones de la base y la placa de enfriamiento líquido. La placa de enfriamiento de líquido y la placa de cubierta de sellado están conectadas por soldadura por fricción; Al mismo tiempo, la placa de enfriamiento de líquidos también se someterá a pruebas de atracción para garantizar un buen rendimiento de sellado. La placa de enfriamiento de líquidos de la batería adopta un canal de flujo "serpentino", y el refrigerante usa 50% de agua por masa y 50% de etilenglicol por masa. El sistema de enfriamiento de líquidos utiliza una cierta estrategia de gestión térmica para enfriar o calentar la batería cuando el refrigerante fluye a través de la placa de enfriamiento de líquidos.
Las unidades de enfriamiento de líquidos tienen funciones de enfriamiento, calefacción y deshumidificación, y la estrategia y el modo de trabajo del sistema de gestión térmica para las unidades de enfriamiento de líquidos están estrechamente relacionadas. En el texto, Tmax se refiere a la temperatura más alta de la batería; TVAG se refiere a la temperatura promedio de la batería; Tmin se refiere a la temperatura más baja de la batería.
Cuando Tmax mayor o igual a 28 grados y TVAG mayor o igual a 25 grados, la unidad de enfriamiento de líquidos ingresa al modo de refrigeración, el compresor se enciende y el refrigerante de alta temperatura y alta presión se descarga del compresor y entra en el condensador para la condensación. Después de liberar calor y enfriamiento, se estrangula y se despresuriza a través de la válvula de expansión, y luego ingresa al evaporador para intercambiar calor con el refrigerante. El refrigerante absorbe el calor y se evapora en el evaporador antes de fluir de regreso al puerto de succión del compresor, completando un ciclo de refrigeración. En este momento, la bomba de agua en la vía fluvial está encendida, el calentador PTC no está encendido y el refrigerante se enfría en el evaporador de la placa y entra en la placa de enfriamiento de líquido de la batería para enfriar la batería y eliminar el fuego, logra el propósito de enfriar la batería. Cuando Tmax menor o igual a 25 grados y TVAG menos de o igual a 22 grados, detenga el modo de enfriamiento.
Cuando Tmin menor o igual a 12 grados y TVAG menos de o igual a 15 grados, la unidad de enfriamiento de líquido ingresa al modo de calentamiento, el compresor se apaga, la bomba de agua y el calentador PTC se encienden y el refrigerante se calienta por el calentador PTC y entra en la placa de enfriamiento de la batería para calentar la batería. Este modo es adecuado para situaciones en las que la temperatura de la batería es demasiado baja y se requiere calentamiento. Deje de calentar el modo cuando TMin sea mayor o igual a 20 grados y TVAG mayor o igual a 23 grados.
Cuando la temperatura de entrada es inferior o igual a 12 grados, la unidad de enfriamiento de líquido ingresa al modo de auto circulación, el compresor, el ventilador, el calentador PTC se apagan y la bomba de agua se enciende, lo que permite que el refrigerante circule repetidamente en la placa de enfriamiento de la batería y la unidad, llevando el calor en el paquete de batería. Cuando la humedad dentro del contenedor es más alta que la temperatura del punto de rocío a la temperatura correspondiente, la unidad de enfriamiento de líquido activará el modo de deshumidificación.
Sistema de protección contra incendios de almacenamiento de energía
El sistema de protección contra incendios utiliza cada paquete de baterías como la unidad de protección mínima y adopta una nueva solución de tecnología de extinción de incendios de agente atomizado de incendio de dos fases de gas-liquidación. Utiliza conjuntamente detectores de succión, detectores de gas combustibles y detectores de temperatura y humo para monitorear y detectar exhaustivamente toda la caja de almacenamiento de energía en tiempo real. Entre ellos, el detector inspiratorio monitorea y protege toda la caja de batería de clúster en unidades de grupos de baterías, el detector de gas combustible monitorea y protege las baterías, y los monitores de temperatura y detector de humo y protege el compartimento eléctrico.
Cuando un paquete de baterías experimenta un fuego fugitivo térmico, el detector detecta el fuego y abre la válvula de control de partición del clúster de la batería. Al mismo tiempo, la información del incendio se transmite al host de supresión de incendios a través del autobús CAN. La alarma de sonido y luz se enciende, el sistema de escape se enciende y el host de supresión comienza a salir. El agente de extinción de incendios se transporta a la boquilla de dos fases de gas líquido a través de la válvula de control de tuberías y particiones. El agente de extinción de incendios se atomiza a través de la boquilla y luego se rocía en el interior del paquete de baterías para implementar funciones de enfriamiento y extinción de incendios.
El host de extinción de incendios de almacenamiento de energía utiliza perfluorohexane como el principal agente extinguante de incendios para extinguir, suprimir y evitar incendios tempranos en el gabinete de almacenamiento de energía. Una vez que el fuego es demasiado grande, el agente de extinción de fuego debe rociarse durante mucho tiempo. Después de que el agente de extinción de incendios de perfluorohexano incorporado en el huésped, el sistema repondrá automáticamente el agua de la hidrante de incendios para lograr la pulverización continua a largo plazo, suprimirá la reabsificación del fuego y enfriará la batería.
Verificación de prueba
El sistema de almacenamiento de energía del contenedor enfriado por líquido se somete a una prueba de carga 0. 5c a una temperatura ambiente de 25 grados, y el BMS registra los cambios de temperatura de cada paquete de baterías. Al final de la carga, la temperatura de la superficie de las celdas de la batería dentro de la batería es inferior a 35 grados, con un aumento de temperatura de menos de 10 grados. A lo largo de todo el proceso de carga, la temperatura más baja en el punto de monitoreo es de 32.5 grados, y la temperatura más alta es de 34.8 grados, con una diferencia de temperatura de menos de 2.3 grados, como se muestra en la Figura 2. A partir de los resultados experimentales en la Figura 2, se puede ver que el aumento de la temperatura de los contenedores enfriados por líquido es mucho más pequeño que la diferencia de temperatura de los contenedores refrigerados por aire. En general, la diferencia de temperatura de los contenedores refrigerados por aire alcanza el grado 5-8, lo que puede promover efectivamente la consistencia de la temperatura de todo el sistema de almacenamiento de energía y extender la vida operativa del sistema.
Conclusión
El proyecto diseñó un sistema de almacenamiento de energía de contenedor con enfriamiento líquido de 20 pies, que incluye diseño teórico del sistema, diseño de gestión térmica, diseño de protección contra incendios, etc. Finalmente, la verificación experimental mostró que la consistencia de la temperatura del sistema de almacenamiento de energía era buena y el aumento de la temperatura cumplía con los requisitos.
El uso de baterías enfriadas con líquido en nuevos vehículos de energía es muy maduro, y el sistema de almacenamiento de energía es estacionario sin el riesgo de fugas. El sistema de contenedores enfriados por líquido reduce el diseño de conductos de aire internos, adopta un sistema de mantenimiento externo, elimina la necesidad de espacio interno del corredor y adopta un diseño de paquete de baterías grande para maximizar la densidad de energía. En términos de costo general, el sistema de almacenamiento de energía del contenedor enfriado por líquido tiene más ventajas. Lo más importante para el sistema de almacenamiento de energía es garantizar su seguridad, y el diseño del sistema de protección contra incendios es crucial. El sistema adopta la protección contra incendios a nivel de paquete y un esquema de supresión continua de perfluorohexano y protección contra incendios de agua para garantizar el funcionamiento seguro del sistema.