صافی Y فولاد ضد زنگ: اولین خط دفاع در حلقه های خنک کننده باتری لیتیومی

مقدمه: یک مؤلفه کوچک با پیامدهای-بلندی

 

این را تصور کنید: یک سیستم ذخیره انرژی باتری 200 کیلووات ساعتی به مدت 14 ماه بدون نقص کار می کند. سپس، در طول یک چرخه بار تابستانی اوج-، سیستم مدیریت باتری (BMS) یک هشدار حرارتی را روی دسته‌ای از سلول‌ها در ماژول 7 ایجاد می‌کند. تکنسین‌ها حلقه خنک‌کننده را پاک می‌کنند و مقصر را کشف می‌کنند که - یک انسداد جزئی در کانال‌های میکرو- صفحه سرد، ناشی از ذرات 150 میکرو اکسید بزرگ‌تر از آلومینیوم است. صورتحساب تعمیر هزاران دلار است. علت اصلی؟ بدون حفاظت فیلتراسیون در بالادست بسته باتری.

این سناریو بیشتر از آنچه صنعت تصدیق می کند، اجرا می شود. در حالی که بیشتر توجه مهندسی در سیستم‌های باتری خنک‌شده مایع-روی طراحی صفحه سرد، اندازه پمپ و شیمی خنک‌کننده متمرکز است،صافی Y فولاد ضد زنگ- یک فیلتر درون خطی فشرده و قابل استفاده مجدد - کم مشخص‌ترین مؤلفه در حلقه باقی می‌ماند. این مقاله توضیح می‌دهد که چرا سزاوار احترام بیشتری است، نحوه انتخاب مناسب، و نحوه نگهداری صحیح آن برای محافظت از سرمایه‌گذاری خود در طول عمر کامل سیستم.

 

 

صافی Y از جنس استنلس استیل برای سیستم های خنک کننده باتری

 

قسمت 1: چرا حلقه های خنک کننده باتری لیتیومی به طور منحصر به فردی در برابر آلودگی ذرات آسیب پذیر هستند

 

سیستم‌های مدیریت حرارتی باتری خنک‌شده مایع (BTMS) یک چالش ساختاری اساسی را به اشتراک می‌گذارند: همین ویژگی که آنها را کارآمد می‌کند، آنها را نیز شکننده می‌کند. صفحات سرد - مبدل‌های حرارتی آلومینیومی یا فولادی ضد زنگ که مستقیماً به ماژول‌های باتری متصل می‌شوند - به کانال‌های میکرو{4} داخلی معمولاً با عرض 0.5 تا 1.5 میلی‌متر متکی هستند تا تماس سطحی با سلول‌ها را به حداکثر برسانند. این کانال ها در بیرون کشیدن گرما از سلول ها فوق العاده موثر هستند. آنها به همان اندازه در به دام انداختن زباله ها موثر هستند.

آلودگی ذرات در یک حلقه خنک کننده باتری از سه منبع اصلی منشأ می گیرد:

بقایای ساخت و مونتاژ.در طول ساخت ورق سرد، لحیم کاری و مونتاژ سیستم، براده های فلزی، سرباره جوشکاری، بقایای شار و قطعات درزگیر وارد حلقه می شوند. اندازه ذرات معمولاً بین 50 تا 500 میکرون است - در محدوده ای که می تواند در کانال های میکرو- قرار گیرد.

محصولات جانبی خوردگی در خدمات-.حتی با خنک‌کننده آبی اتیلن گلیکول{0} مهار شده (استاندارد صنعتی برای کاربردهای EV و ESS)، اجزای آلیاژ آلومینیوم در طول زمان به آرامی اکسید می‌شوند. ذرات اکسید آلومینیوم حاصل، اغلب با قطر 1 تا 100 میکرون، تجمع می یابند و می توانند در طول هزاران ساعت کار، انسداد موضعی ایجاد کنند.

آلودگی متقاطع-حلقه ای.بسیاری از معماری‌های حرارتی EV حلقه باتری، حلقه موتور/اینورتر و حلقه تهویه کابین را در یک آرایش مشترک یا به هم متصل اجرا می‌کنند. ذرات سایشی ناشی از مهر و موم پمپ یا سیم‌پیچ‌های موتور در حلقه‌های مجاور می‌توانند به مدار حرارتی باتری منتقل شوند اگر سیستم فاقد موانع فیلتراسیون بین حلقه‌ای کافی باشد.

پیامد آلودگی کنترل نشده صرفاً ناخوشایند نیست - به طور بالقوه خطرناک است. توزیع ناهموار جریان در یک صفحه سرد باعث عدم یکنواختی دما در ماژول باتری می شود. تحقیقات روی BTMS یون لیتیوم به طور مداوم نشان می‌دهد که اختلاف دمایی بیشتر از 5 درجه در سلول‌ها در همان ماژول، پیری موضعی را تسریع می‌کند، ظرفیت را کاهش می‌دهد و در شرایط استرس{6} بالا، خطر فرار حرارتی را افزایش می‌دهد. یک میکرو{8}}کانال مسدود شده فقط یک مشکل کارایی نیست. این یک حاشیه ایمنی است که بی سر و صدا فرسایش می یابد.

 

قسمت 2: چرا صافی Y ابزار مناسبی برای این کار است

 

مهندسانی که فیلتر درون خطی را برای حلقه‌های خنک‌کننده باتری ارزیابی می‌کنند، معمولاً سه گزینه را در نظر می‌گیرند: فیلترهای کارتریج، صافی‌های سبد، و صافی‌های نوع Y-. هر کدام در سیستم‌های سیال صنعتی جای خود را دارند، اما برای نیازهای خاص مدار خنک‌کننده بسته باتری، پیکربندی Y ترکیبی از مزایایی را ارائه می‌دهد که سایرین نمی‌توانند با آن‌ها مطابقت داشته باشند.

هندسه خطی فشرده.بسته‌های باتری، چه در خودروهای برقی مسافربری یا در محفظه‌های ESS نصب‌شده در قفسه{0}}، محدودیت‌های فضایی شدیدی را اعمال می‌کنند. بدنه انشعاب زاویه‌دار صافی Y به آن اجازه می‌دهد در یک لوله مستقیم با کمترین ردپا - بسیار کاربردی‌تر از محفظه بزرگ‌تر مورد نیاز صافی‌های سبد نصب شود.

قابلیت استفاده مجدد بدون خاموش شدن سیستمبر خلاف فیلترهای کارتریج که نیاز به تعویض کامل دارند و زباله تولید می کنند، صفحات صافی Y قابل جدا شدن، تمیز کردن و استفاده مجدد هستند. برای سیستمی که انتظار می رود بین 10 تا 15 سال کار کند، این برای هزینه چرخه عمر بسیار مهم است. بسیاری از تاسیسات همچنین یک دریچه جداسازی کوچک در کنار صافی اضافه می‌کنند که امکان حذف صفحه بدون تخلیه کل حلقه را فراهم می‌کند -، روندی که به جای ساعت‌ها، چند دقیقه طول می‌کشد.

انعطاف پذیری فشار.حلقه های خنک کننده باتری معمولاً در 1-4 بار (15-58 psi) کار می کنند. به درستی مشخص شده استصافی SS Yساخته شده بر اساس رتبه بندی PN16 یا PN25، حاشیه ایمنی فشار 4 تا 6 برابر را در شرایط عملیاتی فراهم می کند، و تضمین می کند که حتی یک صفحه نمایش تا حدی مسدود شده، خطر نشتی ایجاد نمی کند.

سازگاری با خنک کننده آب گلیکول-.اینجاست که انتخاب مواد غیرقابل مذاکره-می‌شود. صافی‌های استاندارد فولاد کربنی یا برنجی در محیط‌های اتیلن گلیکول{2}}آب خورده می‌شوند و همان ذراتی را تولید می‌کنند که قرار است - حالت شکست خود{4}} را حذف کنند. بدنه و صفحه‌نمایش از جنس استنلس استیل 316 لیتری در برابر خوردگی ناشی از گلیکول{7}در سراسر محدوده دمای عملیاتی کامل (20- درجه تا 90 درجه) که نمونه‌ای از کاربردهای باتری‌های خودرو و ثابت است، مقاوم است.

 

 

صافی Leadtek SS Y

 

قسمت 3: انتخاب مش - درست کردن اعداد

 

تعداد مش (تعداد بازشوها در هر اینچ خطی) مهمترین پارامتر انتخاب برای صافی حلقه باتری است، اما اغلب به صورت دلخواه انتخاب می شود. خیلی درشت است و ذرات به اندازه کافی کوچک هستند که کانال‌های میکرو{1}}را آزادانه عبور دهند. خیلی خوب است، و افت فشار در صافی بیش از حد بالا می رود، جریان را کاهش می دهد و عملکرد خنک کننده ای را که سیستم برای ارائه آن طراحی شده بود، تضعیف می کند.

برای کاربردهای خنک‌کننده باتری لیتیومی، دستورالعمل‌های زیر منعکس‌کننده تجربه میدانی در سراسر تاسیسات EV و ESS هستند:

 

 

یک قانون کلی: قطع فیلتر نباید از 10 تا 15 درصد حداقل عرض کانال تجاوز کند. برای یک کانال 800 میکرونی، این به معنای هدف قرار دادن یک بریدگی 80-120 میکرون است که مربوط به مش 100-150 است. ریزتر شدن بیش از حد لازم افت فشار را بدون محافظت معنی دار می افزاید.

یک نکته عملی: سیستم‌های تازه راه‌اندازی شده در 200 تا 500 ساعت کاری اول، ذرات بسیار بیشتری نسبت به هر مرحله بعدی در عمر خود تولید می‌کنند. برخی از یکپارچه‌کننده‌های سیستم یک صفحه درشت‌تر (مش 40) را در هنگام شکست- اجرا می‌کنند، سپس آن را با صفحه 80-100 مش هدف پس از چرخه فلاش اولیه جایگزین می‌کنند. این رویکرد راه اندازی دو مرحله ای به طور قابل توجهی فواصل خدمات صفحه نمایش را افزایش می دهد.

 

بخش 4: تعمیر و نگهداری - فرکانس و فواصل سرویس دهی مجدد

 

صافی فولاد ضد زنگ Y یک جزء غیرفعال است، اما جزء مجموعه-و-فراموش نیست. یک صفحه مسدود شده مانند یک دریچه محدود عمل می کند و افت فشار ناشی از صافی قابل اعتمادترین سیگنال تشخیصی در دسترس اپراتورها است.

محرک های بازرسی توصیه شده:

اختلاف فشار > 0.3 باردر سراسر صافی (اندازه گیری شده با فشار سنج بالادست/پایین دست یا سنسور فشار دیفرانسیل): بلافاصله تمیز کنید.

هر 6 ماه یکباربرای سیستم‌های باتری در دوچرخه‌سواری روزانه فعال (ناوگان EV، شبکه-مقیاس ESS).

هر 12 ماه یکباربرای سیستم های در حالت آماده به کار یا برنامه های پشتیبان با فرکانس چرخه پایین.

پس از هر گونه تعویض مایع خنک کننده یا تعمیر سیستم، صرف نظر از زمان سپری شده

روش بک فلاشینگ(برای سیستم‌هایی که دریچه‌های جداکننده در کنار صافی قرار دارند):

صافی را با استفاده از دریچه‌های خاموش{0} بالادست و پایین دست جدا کنید.

پلاگین تخلیه را در پایین بدنه صافی خنک کننده - باز کنید و زباله های گرفته شده در یک مخزن جمع آوری تخلیه می شود.

صفحه را بردارید، با آب تمیز یا هوای کم فشار{0}بشویید و از نظر تغییر شکل یا خوردگی مش بررسی کنید.

شیرهای جداسازی را مجدداً-نصب کرده و باز کنید.

نرمال شدن فشار دیفرانسیل را در عرض 5 دقیقه پس از راه اندازی مجدد بررسی کنید.

زمان کل عمل: 10-20 دقیقه. این را با هزینه و زمان خرابی تعویض یک صفحه سرد مسدود شده مقایسه کنید، محاسبات تعمیر و نگهداری آشکار می شود.

یکصافی SS Yبا بدنه 316L حتی پس از چندین سال سرویس آب گلیکول{1}} هیچ خوردگی معنی داری روی صفحه نمایش یا داخل بدنه نشان نمی دهد. اگر زنگ زدگی یا حفره مشاهده شود، معمولاً خطای مشخصات مواد را نشان می‌دهد (304 جایگزین 316L شده است) یا افت pH مایع خنک‌کننده به زیر 6.5 - که هر دو نیاز به توجه فوری سیستم- دارند.

 

نتیجه گیری: قبل از انجام BMS اقدام کنید

 

BMS به شما می گوید که چه زمانی یک ناهنجاری حرارتی وجود دارد. صافی Y همان چیزی است که از ایجاد آن ناهنجاری در وهله اول جلوگیری می کند. در سلسله مراتب مهندسی یک سیستم باتری مایع-خنک‌شده، حفاظت از فیلتراسیون در مرحله طراحی - تعلق دارد نه به عنوان یک فکر بعدی در هنگام ظاهر شدن ادعاهای ضمانت.

سه مرحله قابل اجرا برای مهندسان و یکپارچه سازان سیستم:

فولاد ضد زنگ 316L را مشخص کنیدهم برای بدنه صافی و هم برای صفحه هنگام استفاده از اتیلن گلیکول{0}}از خنک کننده آبی. از جایگزینی در هنگام خرید خودداری کنید.

مش را با هندسه کانال مطابقت دهیدبا استفاده از قانون 10-15٪ که در بالا توضیح داده شد. مش انتخابی را در رکورد راه اندازی سیستم ثبت کنید.

مانیتورینگ فشار دیفرانسیل را نصب کنیددر سراسر صافی یک گیج 20 دلاری یا یک فرستنده پایه 4 تا 20 میلی آمپر متصل به سیستم اسکادا، صافی را از یک جزء غیرفعال به یک نقطه تشخیص فعال تبدیل می کند.

برای تامین منابع، صافی Y 316L Stainless Steel Leadtek DN15–DN200 را در پیکربندی‌های رزوه‌دار (NPT/BSP) و فلنج‌دار (ANSI/DIN/JIS)، با گزینه‌های مش از 20 تا 200، رتبه‌بندی فشار به PN63، و افزایش استاندارد استاندارد {7} استاندارد EN} {7} استاندارد استاندارد {6} را پوشش می‌دهد. ممیزی تامین کننده EV OEM.

 

سوالات متداول

 

Q1: آیا می توانم از صافی Y 304 به جای 316L در یک حلقه خنک کننده باتری استفاده کنم؟

فولاد ضد زنگ 304 برای بسیاری از برنامه‌های کاربردی مبتنی بر آب، مقاومت مناسبی در برابر خوردگی ارائه می‌دهد، اما مخلوط‌های آب اتیلن گلیکول، به‌ویژه زمانی که PH زیر 7.0 می‌افتد یا آلودگی کلریدی رخ می‌دهد، می‌تواند باعث ایجاد خوردگی حفره‌ای در 304 در طول چند سال، به ویژه در طول چند سال، شود. در برابر این مکانیسم سوراخ شدن مقاومت می کند. برای یک سیستم باتری که انتظار می رود 10+ سال کار کند، 316L مشخصات صحیح است و تفاوت هزینه در برابر هزینه کل سیستم ناچیز است.

Q2: چگونه بفهمم که صافی من حتی وقتی تمیز به نظر می رسد باعث افت فشار بیش از حد شده است؟

تغییر شکل صفحه - ناشی از یک رویداد چکش آب یا فشار بیش از حد برگشتی - می‌تواند ناحیه باز را حتی زمانی که مش از نظر بصری تمیز به نظر می‌رسد، کاهش دهد. اگر اختلاف فشار پس از تمیز کردن بالا باقی ماند، صفحه نمایش را بردارید و آن را تا روشن نگه دارید. بخش های مش تغییر شکل یافته یا فرو ریخته از نظر بصری آشکار خواهند شد. تعویض صفحه نمایش؛ برای تغییر شکل آن تلاش نکنید

Q3: آیا صافی Y باید طوری نصب شود که پای صفحه به سمت پایین باشد یا به پهلو؟

همیشه با جیب صفحه نمایش (شاخه زاویه دار) به سمت پایین یا با زاویه رو به پایین نصب کنید. این اجازه می‌دهد که زباله‌های گرفته شده به‌جای اینکه- دوباره وارد جریان جریان شوند، به‌وسیله گرانش در جیب ته نشین شوند. نصب افقی با جیب رو به بالا تنها رایج ترین خطای نصب است و به طور قابل توجهی راندمان موثر فیلتراسیون را کاهش می دهد.

Q4: آیا من به یک صافی در هر دو خط تغذیه و برگشت حلقه خنک کننده نیاز دارم؟

برای اکثر برنامه های خنک کننده باتری، یک صافی در خط تغذیه - در بالادست ورودی صفحه سرد - کافی است. نصب روی خط برگشت نیز حفاظت بیشتری برای پمپ ایجاد می‌کند و در محیط‌های{3}}آلودگی بالا (خودروهای برقی خارج از جاده، تجهیزات معدن، ESS صنعتی) توصیه می‌شود. اگر بودجه فقط یک مورد را اجازه می دهد، از صفحه سرد باتری محافظت کنید: آن را در سمت منبع قرار دهید.

Q5: چه محدوده pH خنک کننده یک صافی فولاد ضد زنگ و بقیه حلقه را در شرایط خوبی نگه می دارد؟

PH مایع خنک کننده را بین 7.0 تا 8.5 حفظ کنید. زیر 7.0، شرایط اسیدی باعث تسریع خوردگی آلومینیوم و افزایش بار ذرات می شود. بالاتر از 9.0، برخی از بسته های بازدارنده خراب می شوند و می توانند رسوب را روی سطوح مبدل حرارتی رسوب کنند. PH را هر سه ماه یکبار در سیستم‌های فعال آزمایش کنید و وقتی PH از این محدوده خارج شد، بدون توجه به زمان سرویس سپری شده، خنک‌کننده را تعویض کنید.