用户侧储能系统电池模组温控设计

企业   科技   2024-11-23 11:44   辽宁  

户侧储能系统(ESS)的电池模组温控设计是确保系统高效、安全运行的关键因素之一。
合理的温控设计有效延长电池寿命、提高电池性能,并减少因温度过高或过低导致的安全风险。

1. 温控设计的重要性

1.1 影响因素

温度对电池性能的影响:温度过高会加速电池老化,降低电池容量和循环寿命;温度过低则会影响电池的充放电效率。

热管理对系统安全的影响:不适当的温度管理可能导致电池热失控,引发火灾等安全事故。

2. 温控设计原则

2.1 温度范围

工作温度范围:一般建议电池的工作温度范围为10°C至40°C。

存储温度范围:电池的存储温度范围通常为-20°C至60°C。

2.2 温差控制

最大温差:电池模组内部的最大温差应控制在5°C以内,以确保电池的一致性和性能。

2.3 散热方式

自然冷却:适用于小容量电池模组,通过自然对流和辐射散热。

强制风冷:适用于中等容量电池模组,通过风扇或鼓风机强制空气流动散热。

液冷:适用于大容量电池模组,通过液体循环带走热量,散热效果更好。

3. 温控设计方法

3.1 温度监测

温度传感器:在电池模组的关键位置安装温度传感器,如电池表面、电池间缝隙等。

数据采集:通过电池管理系统(BMS)采集温度数据,实时监控电池温度变化。

3.2 散热设计

  • 风冷系统

    • 风扇选择:根据电池模组的功率密度和散热需求选择合适的风扇。

    • 风道设计:合理设计风道,确保气流均匀分布,避免局部过热。

  • 液冷系统

    • 冷却液选择:常用的冷却液有水、乙二醇水溶液等。

    • 冷却板设计:在电池模组底部或侧面安装冷却板,通过冷却液循环带走热量。

    • 泵和管道:选择合适的泵和管道,确保冷却液循环畅通。

3.3 加热设计

加热元件:在低温环境下,通过加热片或加热丝对电池模组进行加热。

温度控制:通过温度传感器和加热控制器,自动调节加热功率,保持电池模组在适宜的工作温度范围内。

4. 参数要求

4.1 温度传感器

类型:NTC热敏电阻、PT100铂电阻等。

精度:±0.5°C。

响应时间:≤1秒。

4.2 风冷系统

风扇功率:根据电池模组的散热需求选择,一般为50W至200W。

风速:≥2m/s。

风道设计:确保气流均匀分布,避免死角。

4.3 液冷系统

冷却液流量:根据电池模组的散热需求选择,一般为1L/min至5L/min。

冷却液温度:15°C至25°C。

冷却板材料:铝或铜,具有良好的导热性能。

4.4 加热系统

加热功率:根据电池模组的加热需求选择,一般为50W至200W。

加热元件:加热片或加热丝,安装在电池模组底部或侧面。

温度控制:±1°C。


5. 实际应用示例

5.1 家庭储能系统

  • 系统参数

    • 电池类型:磷酸铁锂电池

    • 容量:10kWh

    • 工作温度范围:10°C至40°C

  • 温控设计

    • 温度传感器:安装在电池模组的顶部和底部,使用NTC热敏电阻,精度±0.5°C。

    • 风冷系统:使用两个120mm风扇,功率100W,风速2m/s,风道设计确保气流均匀分布。

    • 加热系统:在电池模组底部安装加热片,功率100W,温度控制精度±1°C。

  • BMS配置

    • 温度采集:通过RS485接口与BMS通信,实时采集温度数据。

    • 温度控制:根据温度数据自动调节风扇转速和加热功率,保持电池模组在适宜的工作温度范围内。

5.2 工商业储能系统

  • 系统参数

    • 电池类型:磷酸铁锂电池

    • 容量:200kWh

    • 工作温度范围:10°C至40°C

  • 温控设计

    • 温度传感器:安装在电池模组的多个关键位置,使用PT100铂电阻,精度±0.5°C。

    • 液冷系统:使用水冷板,冷却液流量3L/min,冷却液温度20°C,冷却板材料为铝。

    • 加热系统:在电池模组底部安装加热丝,功率200W,温度控制精度±1°C。

  • BMS配置

    • 温度采集:通过CAN总线与BMS通信,实时采集温度数据。

    • 温度控制:根据温度数据自动调节冷却液流量和加热功率,保持电池模组在适宜的工作温度范围内。

实现用户侧储能系统电池模组温控设计的详细步骤和方法:

1. 温度监测系统

1.1 温度传感器的选择

  • 类型:常用的温度传感器有NTC热敏电阻、PT100铂电阻等。

  • 精度:±0.5°C,以确保温度数据的准确性。

  • 响应时间:≤1秒,以便快速响应温度变化。

1.2 温度传感器的布置

  • 关键位置:在电池模组的多个关键位置安装温度传感器,如电池表面、电池间缝隙、电池模组的中心和边缘等。

  • 数量:根据电池模组的大小和形状确定传感器的数量,确保能够全面覆盖整个模组。

1.3 数据采集与处理

  • 数据采集:通过电池管理系统(BMS)实时采集温度数据。

  • 数据处理:BMS对采集的数据进行处理,计算平均温度、最大温度差等指标,以便进行温度控制。

2. 散热系统设计

2.1 自然冷却

  • 适用场景:适用于小容量电池模组。

  • 设计要点:确保电池模组周围有足够的空间,以便自然对流和辐射散热。

2.2 强制风冷

  • 适用场景:适用于中等容量电池模组。

  • 设计要点

    • 风扇选择:根据电池模组的功率密度和散热需求选择合适的风扇,功率一般为50W至200W。

    • 风道设计:合理设计风道,确保气流均匀分布,避免局部过热。可以使用导流板、挡板等辅助设备优化气流路径。

    • 过滤装置:安装过滤装置,防止灰尘进入电池模组内部。

2.3 液冷系统

  • 适用场景:适用于大容量电池模组。

  • 设计要点

    • 冷却液选择:常用的冷却液有水、乙二醇水溶液等,选择导热性好、不易结垢的冷却液。

    • 冷却板设计:在电池模组底部或侧面安装冷却板,通过冷却液循环带走热量。冷却板材料通常为铝或铜,具有良好的导热性能。

    • 泵和管道:选择合适的泵和管道,确保冷却液循环畅通。泵的流量一般为1L/min至5L/min,冷却液温度控制在15°C至25°C之间。

    • 温度控制:通过变频器、整流混水等方式自动调节冷却液温度,确保温度控制精度达到±0.5°C。

3. 加热系统设计

3.1 加热元件选择

  • 类型:常用的加热元件有加热片、加热丝等。

  • 功率:根据电池模组的加热需求选择合适的加热功率,一般为50W至200W。

3.2 加热元件布置

  • 位置:加热元件通常安装在电池模组的底部或侧面,确保热量均匀分布。

  • 保护措施:安装隔热材料,防止热量过度集中,造成局部过热。

3.3 温度控制

  • 温度传感器:使用温度传感器监测电池模组的温度。

  • 加热控制器:通过温度传感器反馈的数据,自动调节加热功率,保持电池模组在适宜的工作温度范围内。温度控制精度一般为±1°C。

4. 控制策略

4.1 恒温控制

  • 原理:通过设定一个目标温度,使电池模组的温度始终保持在该温度附近。

  • 优点:温度控制精度高,适用于对温度稳定性要求较高的场合。

4.2 温度差控制

  • 原理:通过设定一个最大允许温差,当电池模组内部的温差超过该值时,启动散热或加热系统。

  • 优点:能够有效避免局部过热,适用于电池模组较大的场合。

4.3 动态温度控制

  • 原理:根据电池模组的实际工作状态(如充放电电流、环境温度等)动态调整散热或加热系统的运行参数。

  • 优点:能够适应不同的工况,提高系统的整体性能。


                                    

           

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