1 การออกแบบการระบายความร้อนด้วยอากาศและการกระจายความร้อนของระบบกักเก็บพลังงาน อุตสาหกรรมและ พาณิชยกรรม

การระบายความร้อนด้วยอากาศคือการใช้อากาศเป็นตัวกลางในการแลกเปลี่ยนความร้อน การใช้อากาศหมุนเวียนในชุดแบตเตอรี่ การใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างโมดูลแบตเตอรี่และอากาศเพื่อการถ่ายเทความร้อน โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบพาสซีฟและอากาศที่ใช้งานอยู่ ระบายความร้อน ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำความเย็น ได้แก่ โหมดการทำความเย็น การออกแบบสนามการไหลของอากาศ การจัดเรียงแบตเตอรี่ และความเร็วลมทางเข้า

1.1 ขนาดและระยะห่างของแบตเตอรี่
ระยะห่างของแบตเตอรี่เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการระบายความร้อนด้วยอากาศ ระยะห่างของแบตเตอรี่ที่เหมาะสมไม่เพียงแต่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของการระบายความร้อนด้วยอากาศเท่านั้น แต่ยังรักษาการกระจายอุณหภูมิของแบตเตอรี่ให้สม่ำเสมออีกด้วย ระยะห่างด้านหน้าและด้านหลังและมุมซ้ายและขวาของเซลล์ที่อยู่ติดกันในโมดูลแบตเตอรี่ถูกแปลงเป็นตัวแปรอิสระ 6 ตัว และใช้เอาต์พุตการจำลอง CFD ที่สอดคล้องกัน (อุณหภูมิสูงสุดและความแตกต่างของอุณหภูมิ) เพื่อฝึกโครงข่ายประสาทเทียมแบบเบย์ และแบตเตอรี่ที่เหมาะสมที่สุด ได้รับการจัดเรียงระยะห่าง การศึกษาพบว่าระยะห่างระหว่างด้านหน้าและด้านหลังมีผลต่ออุณหภูมิของแบตเตอรี่น้อยกว่าระยะห่างระหว่างซ้ายและขวา การเพิ่มระยะห่างจากซ้ายไปขวาในบริเวณตรงกลางของแบตเตอรี่สามารถปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิของแบตเตอรี่ทั้งหมดได้ กลยุทธ์การปรับการจ่ายอากาศแบบขนานให้เหมาะสมซึ่งจะช่วยลดระยะห่างรอบเซลล์ที่เย็นลงโดยการเพิ่มระยะห่างระหว่างเซลล์ที่อุ่นกว่า ประสิทธิภาพของระบบระบายความร้อนด้วยอากาศได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม ภายใต้การให้ความร้อนอย่างต่อเนื่อง อุณหภูมิสูงสุดของก้อนแบตเตอรี่จะลดลง 0.8K และความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดจะลดลง 2.9K (42%) กลยุทธ์การปรับให้เหมาะสมนี้มีผลอย่างมากในการควบคุมอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ภายใต้อัตราการทำความร้อนที่ไม่คงที่ ความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดระหว่างการปล่อย 4 C และ 5 C จะลดลง 39% และ 37% (1.5 และ 1.8 K) ตามลำดับ และทั้งอุณหภูมิสูงสุดและความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดจะลดลง ศึกษาอิทธิพลของระยะห่างแบตเตอรี่และความยาวขาเข้าที่แตกต่างกันในระบบระบายความร้อนด้วยอากาศของภาชนะจัดเก็บ เงื่อนไขการจำลองคือการปล่อยกระแสไฟฟ้า 1 C และอุณหภูมิโดยรอบและอุณหภูมิก๊าซทางเข้าคือ 25 และ 15 ℃ เปรียบเทียบผลกระทบของระยะห่างโมดูลแบตเตอรี่ 10, 20, 30 มม. และความยาวช่องอากาศเข้า 80, 130, 180 มม. ต่ออุณหภูมิของระบบ ผลลัพธ์จะแสดงในตารางที่ 2 ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดจะเกิดขึ้นเมื่อมีระยะห่าง 20 มม. และความยาวของช่องอากาศเข้าคือ 80 มม. จะเห็นได้ว่าการเพิ่มระยะห่างของแบตเตอรี่สามารถมีบทบาทในการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบภายในช่วงที่กำหนด และผลจะดีขึ้นเมื่อความยาวของช่องอากาศเข้าสั้นลง

1.2 การออกแบบระบบและกลยุทธ์การจัดการระบายความร้อน

เป้าหมายของการออกแบบระบบและกลยุทธ์การจัดการระบายความร้อนคือการควบคุมอุณหภูมิของโมดูลแบตเตอรี่ในเวลาที่เหมาะสมและมีประสิทธิภาพ เพื่อให้แบตเตอรี่สามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม การวิจัยที่มีอยู่ส่วนใหญ่ประกอบด้วยการออกแบบกลยุทธ์การควบคุม ประเภทของสนามการไหลของอากาศ และการปรับความเร็วลมทางเข้าให้เหมาะสม เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพของระบบการจัดการความร้อน
(1) กลยุทธ์การควบคุมระบบ

มุ่งเป้าไปที่การจัดการความร้อนของระบบกักเก็บพลังงานตู้คอนเทนเนอร์เมกะวัตต์ จึงได้ออกแบบชุดกลยุทธ์การควบคุมอุณหภูมิของระบบกักเก็บพลังงาน รวมถึงเครื่องปรับอากาศและพัดลม ระบบจะควบคุมการทำงานและการปิดเครื่องปรับอากาศและพัดลมตามอุณหภูมิแบตเตอรี่และอุณหภูมิโดยรอบแบบเรียลไทม์ เมื่ออุณหภูมิโดยรอบต่ำกว่า 12°C เครื่องปรับอากาศจะทำให้แบตเตอรี่ร้อน และเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 28°C เครื่องปรับอากาศจะทำให้แบตเตอรี่เย็นลง เมื่อ BTMS ตรวจพบว่าอุณหภูมิของ BBU สูงกว่า 33 ° C พัดลมของ BBU จะเริ่มทำงานโดยอิสระ เมื่ออุณหภูมิของ BBU ต่ำกว่า 31 ° C พัดลมของ BBU จะหยุดทำงาน ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิในการทำงานของแบตเตอรี่จะต่ำกว่า 40 ℃ และความสม่ำเสมอของอุณหภูมินั้นดีภายใต้เงื่อนไขของอัตราพลังงานต่ำ ระบบการจัดการระบายความร้อนแบบหลายเต้ารับได้รับการออกแบบมาสำหรับโมดูลแบตเตอรี่ขนาด 5 × 5 ซึ่งแตกต่างจากโมดูลแบตเตอรี่รุ่นก่อนหน้าในรูปแบบทางออกเดียว และประสิทธิภาพการกระจายความร้อนก็มีประสิทธิภาพมากขึ้น ในการศึกษานี้ ช่องลมเข้า 1 ช่องอยู่ที่ตรงกลางด้านบน และช่องลม 4 ช่องอยู่ที่มุมขวาล่างของทั้งสี่ด้าน ซึ่งมีผลการระบายความร้อนที่ดีที่สุด เมื่อเทียบกับรุ่นเดิม อุณหภูมิสูงสุด ความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุด อุณหภูมิเฉลี่ย และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานอุณหภูมิจะลดลง 16.4%, 48.7%, 10.5% และ 43.1% ตามลำดับ เมื่อแบตเตอรี่หมดที่อุณหภูมิ 3 ° C อุณหภูมิของโมดูลแบตเตอรี่สามารถรักษาให้ต่ำกว่า 40 ° C ได้ โดยให้ความเร็วอากาศเข้าอย่างน้อย 2 m/s ซึ่งจะเห็นได้ว่ากลยุทธ์ทำให้มั่นใจได้ว่าแบตเตอรี่ยังทำงานได้ดีอีกด้วย ภายใต้เงื่อนไขอัตราที่สูง

แผนภาพการออกแบบสนามการไหลของอากาศ 9 ชนิด

สนามอุณหภูมิของภาชนะจัดเก็บภายใต้โครงสร้างต่างๆ

อุณหภูมิสูงสุดและความแตกต่างของอุณหภูมิของแบตเตอรี่ภายใต้ช่องการไหลของอากาศที่แตกต่างกัน

(2) การออกแบบแผนผังระบบ
ในระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ โดยการเลือกรูปแบบการไหลที่เหมาะสม จะสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำความเย็นเพิ่มเติมได้ ศึกษาอิทธิพลของช่องการไหลของอากาศที่แตกต่างกันที่มีต่ออุณหภูมิของโมดูลแบตเตอรี่ พบว่าอุณหภูมิของของเหลวจะเพิ่มขึ้นตามลำดับในระหว่างกระบวนการไหลเมื่อใช้การจ่ายอากาศแบบอนุกรม ส่งผลให้อุณหภูมิที่แตกต่างกันมากระหว่างแบตเตอรี่ทั้งสองด้าน ระบบจ่ายอากาศแบบขนานรูปลิ่ม (ชนิด Z) สามารถรับประกันความสม่ำเสมอของอุณหภูมิแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ศึกษาความแตกต่างของอุณหภูมิและอุณหภูมิสูงสุดของแบตเตอรี่ในชุดแบตเตอรี่ภายใต้การออกแบบสนามการไหลที่แตกต่างกัน 9 แบบด้วยความเร็วลมและประสิทธิภาพการกระจายความร้อนที่เท่ากัน ดังแสดงในรูปที่ 2 ผลลัพธ์ของตารางที่ 3 แสดงให้เห็นว่าผลการระบายความร้อนของสนามการไหล หมายเลข 3 นั้นแย่ที่สุด และ Tmax และ ΔTmax ที่สอดคล้องกันคือ 329.33 K และ 8.22 K ตามลำดับ Tmax ต่ำสุด (324.91 K) และ ΔTmax ต่ำสุด (2.09K) ปรากฏในวันที่ 9 และ 7 ตามลำดับ จะเห็นได้ว่าตำแหน่งของทางเข้าและทางออกมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อรูปแบบการพาความร้อน และเส้นทางการไหลที่แตกต่างกันนำไปสู่การกระจายอากาศที่แตกต่างกัน ยิ่งความเร็วลมทั้งสองด้านของแบตเตอรี่สูงเท่าใด ผลการทำความเย็นก็จะยิ่งดีขึ้น ความเร็วลมในแต่ละช่องก็จะยิ่งใกล้มากขึ้นเท่านั้น และอุณหภูมิของแบตเตอรี่ก็จะสม่ำเสมอยิ่งขึ้นด้วย

(3) ความเร็วลมเข้าของอากาศ

ความเร็วลมเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ ความเร็วลมที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำความเย็นของระบบ ขณะเดียวกันก็รับประกันการใช้พลังงานต่ำ ศึกษาประสิทธิภาพการทำความเย็นของ BTMS ที่ความเร็วลมทางเข้าที่แตกต่างกัน BTMS พร้อมเครื่องปรับอากาศ เมื่ออุณหภูมิแวดล้อม > 20 ° C อุณหภูมิอากาศขาเข้าคือ 20 ° C เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมเท่ากับ 20 ° C การใช้การระบายความร้อนด้วยอากาศโดยรอบโดยตรง การวิจัยแสดงให้เห็นว่าที่อุณหภูมิแวดล้อม 30 ℃ และ 50 ℃ อุณหภูมิเฉลี่ยและความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดของแบตเตอรี่ในรอบที่สมบูรณ์จะลดลงตามความเร็วลมที่เพิ่มขึ้น ดังที่เห็นได้จากตารางที่ 4 เมื่อความเร็วลมเท่ากับ 1 m/s แบตเตอรี่สามารถรักษาอุณหภูมิที่เหมาะสมได้ และความเร็วลมยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่ประโยชน์ที่ได้จะค่อยๆ ลดลง และการใช้พลังงานก็จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นการเลือกความเร็วลมในการใช้งานจริงควรมีความสมดุลระหว่างทั้งสอง การศึกษายังพบว่าการเพิ่มความเร็วลมสามารถลดอุณหภูมิในการทำงานและความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดของแบตเตอรี่ได้ และอัตราการสูญเสียความจุของแบตเตอรี่ก็ช้าลงเช่นกัน

อุณหภูมิสิ้นสุดรอบที่ความเร็วลมต่างกัน