Почему термоменеджмент важен в BESS

Элементы батареи работают лучше всего в контролируемом диапазоне температур, определенном производителем батареи и разработчиком системы. Чрезмерная температура может ускорить старение и снизить производительность. Большая разница температур между модулями также может привести к неравномерному старению и рабочему поведению всей упаковки.

При проектировании охлаждения необходимо учитывать не только элементы аккумуляторной батареи. Оборудование преобразования энергии, контакторы, трансформаторы, платы управления и кабельные соединения создают свои собственные источники тепла. В результате возникает проблема системного уровня, включающая выделение тепла, тепловые пути, воздушный поток, условия окружающей среды и логику управления.

Общие подходы к охлаждению BESS

Принудительное воздушное охлаждение распространено в приложениях, где важны стоимость, удобство обслуживания и простота системы. Его успех зависит от подачи воздуха туда, где выделяется тепло, а не от простого перемещения воздуха где-то внутри шкафа.

Как вентиляторы поддерживают воздушное охлаждение BESS

Вентиляторы могут подавать холодный воздух в шкаф, выбрасывать теплый воздух, циркулировать воздух через аккумуляторные модули или нагнетать поток воздуха через радиаторы силовой электроники. Осевые вентиляторы часто используются для вентиляции шкафа и обеспечения широкого воздушного потока, тогда как центробежные вентиляторы могут быть предпочтительными там, где воздуховоды, фильтры, узкие каналы или плотные компоненты создают высокий перепад давления.

Задача вентилятора — поддерживать достаточный поток воздуха при реальном рабочем давлении. Жалюзи, фильтры, ограждения для пальцев, воздуховоды, кабельные пути и зазоры между модулями создают ограничения. По этой причине максимального значения CFM на открытом воздухе недостаточно для выбора конструкции.

Начните с тепловой нагрузки BESS и воздушного пути.

Полезный процесс проектирования начинается с определения того, откуда берется тепло и куда оно должно уходить. Включите потери при заряде/разряде аккумулятора, потери инвертора и преобразователя, потребление вспомогательной энергии и выделение тепла из окружающей среды. Затем нанесите на карту путь воздуха от входа к выходу.

• Где находится самый горячий аккумуляторный модуль или электронный компонент?
• Воздух проходит равномерно по всем аккумуляторным модулям или обходит некоторые участки?
• Может ли теплый выходящий воздух рециркулировать во впускной?
• Какой перепад давления создают фильтры, жалюзи, воздуховоды и радиаторы?
• Как накопление пыли со временем изменит воздушный поток?
• Что происходит, когда один вентилятор выходит из строя или входное отверстие частично блокируется?

Компьютерное моделирование и стендовые испытания могут выявить мертвые зоны, обходные пути и горячие точки. На заключительном этапе проверьте датчики температуры на типичных элементах, силовых устройствах и местах входа/выхода в реалистичных условиях зарядки/разрядки и температуры окружающей среды.

Воздушный поток и статическое давление: основное сравнение вентиляторов

Воздушный поток — это объем воздуха, который перемещает вентилятор, обычно выражаемый в кубических футах в минуту или м³/ч. Статическое давление указывает на способность вентилятора преодолевать сопротивление. В шкафу BESS с фильтрами и защитными решетками статическое давление может быть столь же важным, как и поток воздуха.

Просмотрите кривую давления и расхода воздуха вентилятора. Фактическая рабочая точка — это место, где кривая вентилятора пересекает кривую сопротивления системы шкафа. По мере загрязнения фильтров сопротивление увеличивается и поток подаваемого воздуха падает. Оставьте запас для этого изменения и определите план обслуживания или мониторинга фильтров.

Основные характеристики вентиляторов для энергоаккумулирующего оборудования

Напряжение, ток и мощность

Общие варианты вентиляторов постоянного тока включают 12 В постоянного тока, 24 В постоянного тока и 48 В постоянного тока. Выберите источник питания, соответствующий архитектуре вспомогательного питания BESS. Подтвердите допуск по напряжению, пусковой ток, ток заторможенного ротора и необходимую защиту цепи. В системах с несколькими вентиляторами проектируйте условия одновременного запуска и неисправности.

ШИМ-управление и обратная связь по скорости

Четырехпроводные вентиляторы с ШИМ позволяют системе управления аккумулятором или терморегуляции регулировать скорость вращения вентилятора в зависимости от температуры, нагрузки и условий окружающей среды. Обратная связь тахометра помогает проверить фактическое вращение вентилятора. Выходы сигнализации или блокировки ротора могут обеспечить более раннее предупреждение о проблемах с охлаждением.

Надежность и резервирование

Установки BESS могут работать непрерывно, и доступ к ним может быть затруднен. Используйте вентилятор с соответствующей системой подшипников, номинальным сроком службы и диапазоном рабочих температур. Для критически важных систем спроектируйте резервирование, чтобы оставшиеся вентиляторы могли поддерживать приемлемую температуру после отказа вентилятора. Проверьте это состояние неисправности в готовом шкафу.

Защита от проникновения и коррозионная стойкость

Наружное или промышленное оборудование BESS может потребовать защиты от пыли, дождя, промывки, влажности и коррозии. Сопоставьте класс защиты вентилятора, выход кабеля, разъем, материалы и варианты покрытия с фактическим корпусом и условиями эксплуатации. Вентилятор со степенью защиты IP сам по себе не обеспечивает степень защиты IP окончательного шкафа; каждое отверстие и ввод кабеля имеют значение.

Шум

Шум может быть важен в коммерческих, жилых или городских объектах. Кривая регулирования скорости на основе температуры может снизить шум вентилятора в мягких условиях. Также проверьте конструкцию решетки, ограничение фильтра, переходы воздуховодов и виброизоляцию, поскольку шум установленного воздушного потока может превышать значения, указанные в каталоге.

Рекомендуемая стратегия управления вентилятором

Надежная система управления не ждет, пока компонент станет слишком горячим. Он использует данные о температуре, плавное изменение скорости и резервные варианты безопасности. Типичная стратегия может включать в себя:

1. Запускайте вентиляторы на определенной минимальной скорости, чтобы предотвратить локальное перегрев.
2. Постепенно увеличивайте скорость по мере того, как самая горячая контролируемая зона приближается к порогу управления.
3. Используйте гистерезис или фильтрацию, чтобы предотвратить постоянные колебания скорости.
4. Работайте на безопасной высокой скорости, если датчик критической температуры или сигнал обратной связи вентилятора выходит из строя.
5. Повысьте уровень сигналов тревоги, уменьшите мощность или выключите систему в соответствии с проверенной логикой безопасности системы.

Пороги управления и меры безопасности должны устанавливаться квалифицированными системными инженерами с учетом требований к батареям и оборудованию. Их следует проверять во всем ожидаемом диапазоне температур, нагрузок и условий отказа.

Распространенные ошибки проектирования системы охлаждения BESS

1. Выбор вентиляторов осуществляется только по свободному потоку воздуха. Фильтры, жалюзи и модули могут значительно уменьшить поток подаваемого воздуха.
2. Охлаждение шкафа, но отсутствует точка доступа. Воздух должен достигать компонентов с наибольшей тепловой нагрузкой.
3. Игнорирование обслуживания фильтра. Грязный фильтр увеличивает падение давления и снижает охлаждающую способность.
4. Не тестировать высокие условия окружающей среды. Наружные системы должны работать при фактической максимальной расчетной температуре окружающей среды.
5. Пропуск проверки отказавшего вентилятора. Резервирование следует измерять под нагрузкой, а не рассчитывать на основе количества вентиляторов.
6. Рассматривать защиту вентилятора как защиту корпуса. Полный продукт требует интегрированной стратегии проникновения и конденсации.

Контрольный список выбора вентилятора BESS

• Суммарная тепловая нагрузка при нормальном и пиковом режиме зарядки/разрядки
• Максимальная температура окружающей среды, солнечная нагрузка, высота над уровнем моря и место установки.
• Требуемый расход воздуха и кривая статического давления в системе
• Температурные пределы аккумуляторного модуля и силовой электроники
• Доступные интерфейсы напряжения, максимального тока, ШИМ, тахометра и сигнализации.
• Требуемый срок службы, тип подшипника и возможность непрерывной работы
• Степень защиты IP, коррозионная стойкость, герметизация кабеля и воздействие окружающей среды
• Целевой уровень шума, стратегия фильтрации, доступ для обслуживания и план мониторинга
• Термическая, акустическая проверка и проверка на наличие неисправностей в готовой системе

Часто задаваемые вопросы

Что лучше для охлаждения BESS: осевые вентиляторы или нагнетатели?

Это зависит от пути воздушного потока. Осевые вентиляторы часто хорошо подходят для вентиляции шкафа с низким сопротивлением. Вентиляторы часто предпочтительнее там, где воздух должен проходить через фильтры, воздуховоды, узкие каналы модулей или плотные радиаторы. Выбирайте, используя фактическое требуемое давление и расход воздуха.

Как я могу улучшить однородность температуры в батарейном шкафу?

Используйте спроектированный воздушный путь, который равномерно направляет поток воздуха по модулям, уменьшает зазоры в обходе, отделяет горячий выхлоп от впускного отверстия и контролирует температуру в нескольких местах. Для устранения локальных «горячих точек» часто необходимы испытания и итеративное проектирование перегородок или воздуховодов.

Должны ли вентиляторы BESS работать непрерывно?

Это зависит от теплового расчета, условий окружающей среды и требований к управлению. ШИМ-управление может снизить скорость при низкой тепловой нагрузке, но некоторые системы используют минимальную рабочую скорость для обеспечения постоянства воздушного потока. Стратегия должна быть проверена на соответствие температурным ограничениям аккумуляторов и оборудования.

Заключение

Охлаждение аккумуляторной системы хранения энергии является задачей проектирования системы. Правильный вентилятор должен обеспечивать необходимый воздушный поток, несмотря на реальные ограничения, надежно работать в реальной среде и интегрироваться с системами управления и мониторинга неисправностей. Начав с распределения тепловой нагрузки и воздушного потока, а затем проверив производительность в наихудших условиях, разработчики BESS могут создать более надежное и удобное в обслуживании решение по управлению температурным режимом.