Ruostumattomasta teräksestä valmistettu Y-siivilä: ensimmäinen puolustuslinja litiumakun jäähdytyssilmukoissa

Johdanto: Pieni komponentti, jolla on suuria panoksia

 

Kuvittele tämä: 200 kWh:n akkuenergian varastointijärjestelmä on toiminut moitteettomasti 14 kuukautta. Sitten kesän huippukuormitusjakson aikana akunhallintajärjestelmä (BMS) laukaisee lämpövaroituksen moduulin 7 kennoryhmässä. Teknikot huuhtelevat jäähdytyssilmukan ja löytävät syyllisen – kylmälevyn mikrokanavien osittaisen tukkeutumisen, jonka aiheuttavat enintään 150 mikronia suuremmat alumiinioksidihiukkaset. Korjauslasku on tuhansia euroja. Perimmäinen syy? Ei suodatussuojaa ennen akkua.

Tämä skenaario toteutuu useammin kuin teollisuus myöntää. Vaikka suurin osa nestejäähdytteisten akkujärjestelmien teknisistä huomioista keskittyy kylmälevyjen suunnitteluun, pumppujen mitoituksiin ja jäähdytysnesteen kemiaan,ruostumattomasta teräksestä valmistettu Y-siivilä- kompakti, uudelleenkäytettävä inline-suodatin - on edelleen alimääritelty komponentti silmukassa. Tässä artikkelissa selitetään, miksi se ansaitsee paljon enemmän kunnioitusta, kuinka valita oikea ja miten sitä ylläpidetään oikein, jotta sijoituksesi suojataan järjestelmän koko käyttöiän ajan.

 

 

Ruostumattomasta teräksestä valmistettu Y-siivilä akun jäähdytysjärjestelmiin

 

Osa 1: Miksi litiumakun jäähdytyssilmukat ovat ainutlaatuisen herkkiä hiukkaskontaminaatiolle

 

Nestejäähdytteisillä akkujen lämmönhallintajärjestelmillä (BTMS) on yhteinen perustavanlaatuinen rakenteellinen haaste: juuri niiden tehokkuuden ominaisuus tekee niistä myös hauraita. Kylmälevyt - alumiinista tai ruostumattomasta teräksestä valmistetut lämmönvaihtimet, jotka on liitetty suoraan akkumoduuleihin - tukeutuvat sisäisiin mikrokanaviin, jotka ovat tyypillisesti 0,5–1,5 mm leveitä, jotta pintakosketus kennojen kanssa maksimoituisi. Nämä kanavat ovat poikkeuksellisen tehokkaita vetämään lämpöä pois soluista. Ne ovat yhtä tehokkaita roskien vangitsemisessa.

Akun jäähdytyssilmukan hiukkaskontaminaatio on peräisin kolmesta ensisijaisesta lähteestä:

Valmistus- ja kokoonpanojäännökset.Kylmälevyn valmistuksen, juottamisen ja järjestelmän kokoonpanon aikana silmukkaan joutuu metallilastuja, hitsauskuonaa, sulatusainejäämiä ja tiivistysainepalasia. Partikkelikoot vaihtelevat tyypillisesti 50 - 500 mikronia - hyvin alueella, joka voi jäädä mikrokanaviin.

Käytössä olevat korroosion sivutuotteet.Jopa inhiboidulla etyleeniglykoli-vesijäähdytysnesteellä (teollisuuden standardi EV- ja ESS-sovelluksissa) alumiiniseoskomponentit hapettavat hitaasti ajan myötä. Syntyvät alumiinioksidihiukkaset, joiden halkaisija on usein 1–100 mikronia, kerääntyvät ja voivat muodostaa paikallisia tukoksia tuhansien käyttötuntien aikana.

Cross-loop kontaminaatio.Monet sähköajoneuvojen lämpöarkkitehtuurit käyttävät akkusilmukkaa, moottori/invertterisilmukkaa ja ohjaamon ilmastointisilmukkaa jaetussa tai toisiinsa yhdistetyssä järjestelyssä. Pumpun tiivisteiden tai viereisten silmukoiden moottorin käämien kulumishiukkaset voivat siirtyä akun lämpöpiiriin, jos järjestelmässä ei ole riittäviä silmukoiden välisiä suodatusesteitä.

Hallitsemattoman saastumisen seuraus ei ole vain epämiellyttävä - se on mahdollisesti vaarallinen. Epätasainen virtauksen jakautuminen kylmälevyn poikki aiheuttaa lämpötilan epätasaisuutta akkumoduulissa. Litiumioni-BTMS-tutkimus osoittaa johdonmukaisesti, että yli 5 asteen lämpötilaero saman moduulin solujen välillä kiihdyttää paikallista ikääntymistä, vähentää kapasiteettia ja suurenmoisissa rasitusolosuhteissa lisää lämpökarkaamisen riskiä. Tukkeutunut mikrokanava ei ole vain tehokkuusongelma. Se on turvamarginaali, joka rapautuu hiljaa.

 

Osa 2: Miksi Y-siivilä on oikea työkalu tähän työhön

 

Insinöörit, jotka arvioivat akun jäähdytyssilmukoiden sisäistä suodatusta, harkitsevat yleensä kolmea vaihtoehtoa: patruunasuodattimet, korisuodattimet ja Y-tyypin siivilät. Jokaisella on paikkansa teollisuuden nestejärjestelmissä, mutta akun jäähdytyspiirin erityisvaatimuksia varten Y-konfiguraatio tarjoaa yhdistelmän etuja, joita muut eivät pysty vastaamaan.

Kompakti sisäinen geometria.Akkupakkaukset, olivatpa ne sitten matkustajien sähköautoissa tai telineeseen asennettavissa ESS-koteloissa, asettavat tiukkoja tilarajoituksia. Y-siiviläisen kulmassa oleva haararunko mahdollistaa sen asennuksen suorassa putkilinjassa pienellä jalanjäljellä - paljon käytännöllisempää kuin korisiivilöiden vaatima suurempi kotelo.

Uudelleenkäytettävyys ilman järjestelmän sammuttamista.Toisin kuin patruunasuodattimet, jotka on vaihdettava kokonaan ja jotka tuottavat jätettä, Y-siivilät ovat irrotettavia, puhdistettavia ja uudelleenkäytettäviä. Järjestelmälle, jonka odotetaan toimivan 10–15 vuotta, tällä on valtava merkitys elinkaarikustannusten kannalta. Monissa asennuksissa on myös pieni eristysventtiili siivilän viereen, jolloin seula voidaan poistaa tyhjentämättä koko silmukkaa – toimenpide kestää minuutteja tuntien sijaan.

Paineensietokyky.Akun jäähdytyssilmukat toimivat tyypillisesti 1–4 baarilla (15–58 psi). Oikein määriteltySS Y siiviläPN16- tai PN25-luokitukseen rakennettu tarjoaa 4–6-kertaisen paineturvamarginaalin käyttöolosuhteisiin nähden, mikä varmistaa, että edes osittain tukkeutunut seula ei aiheuta vuotoriskiä.

Yhteensopiva glykoli-vesijäähdytysnesteen kanssa.Tässä materiaalin valinnasta ei voida neuvotella. Tavalliset hiiliteräs- tai messinkisuodattimet syöpyvät etyleeniglykoli-vesi-ympäristöissä, jolloin syntyy juuri niitä hiukkasia, jotka niiden on tarkoitus poistaa – itseään tuhoava vikatila. 316 litran ruostumattomasta teräksestä valmistettu runko ja näyttö kestävät glykolin aiheuttamaa korroosiota koko käyttölämpötila-alueella (-20 - 90 astetta), joka on tyypillistä autojen ja kiinteiden akkujen sovelluksille.

 

 

Leadtek SS Y siivilä

 

Osa 3: Verkkojen valinta - Numeroiden saaminen oikein

 

Silmäluku (aukkojen lukumäärä lineaarista tuumaa kohti) on tärkein yksittäinen valintaparametri akun silmukan siivilälle, mutta se valitaan usein mielivaltaisesti. Liian karkea ja tarpeeksi pieniä hiukkasia estääkseen mikrokanavien kulkemisen vapaasti. Liian hieno, ja painehäviö siivilä nousee liikaa, mikä vähentää virtausta ja heikentää jäähdytystehoa, jota järjestelmä on suunniteltu tarjoamaan.

Litiumakkujen jäähdytyssovelluksissa seuraavat ohjeet heijastavat kenttäkokemusta sähköauto- ja ESS-asennuksista:

 

 

Yleinen nyrkkisääntö: suodatusraja ei saa ylittää 10–15 % kanavan vähimmäisleveydestä. 800 mikronin kanavalla tämä tarkoittaa 80–120 mikronin rajan kohdistamista, mikä vastaa 100–150 meshiä. Tarvittavaa hienommaksi meneminen lisää paineen pudotusta ilman merkityksellistä suojaa.

Yksi käytännön huomautus: äskettäin käyttöönotetut järjestelmät tuottavat paljon enemmän hiukkasia ensimmäisen 200–500 käyttötunnin aikana kuin missään myöhemmässä vaiheessa käyttöikänsä. Jotkut järjestelmäintegraattorit käyttävät karkeampaa seulaa (40 mesh) sisäänajon aikana ja korvaavat sen sitten 80–100 meshin seulalla ensimmäisen huuhtelujakson jälkeen. Tämä kaksivaiheinen käyttöönottotapa pidentää merkittävästi näytön huoltovälejä.

 

Osa 4: Huolto - Huuhtelutaajuus ja huoltovälit

 

Ruostumattomasta teräksestä valmistettu Y-siivilä on passiivinen komponentti, mutta se ei ole kiinteä ja unohda komponentti. Tukkeutunut seula toimii kuin rajoitusventtiili, ja siitä aiheutuva painehäviö siivilä on luotettavin käyttäjien käytettävissä oleva diagnostiikkasignaali.

Suositellut tarkastuskäynnistimet:

Paine-ero > 0,3 barsiivilän poikki (mitattuna ylä-/alapainemittarilla tai paine-eroanturilla): puhdista välittömästi.

6 kuukauden väleinakkujärjestelmille aktiivisessa päivittäisessä pyöräilyssä (EV-kalusto, grid-scale ESS).

12 kuukauden väleinjärjestelmille, jotka ovat valmiustilassa tai varakäyttösovelluksissa alhaisella jaksotaajuudella.

Jäähdytysnesteen vaihdon tai järjestelmän korjauksen jälkeen, kuluneesta ajasta riippumatta.

Takaisinhuuhtelumenettely(järjestelmille, joissa eristysventtiilit ovat siivilä):

Eristä siivilä ylävirran ja alavirran sulkuventtiileillä.

Avaa suodattimen rungon pohjassa oleva tyhjennystulppa - jäähdytysneste ja kerääntyneet roskat valuvat keräysastiaan.

Irrota suojus, huuhtele puhtaalla vedellä tai matalapaineilmalla ja tarkasta verkon muodonmuutos tai korroosio.

Asenna ja avaa eristysventtiilit uudelleen.

Tarkista paine-eron normalisoituminen 5 minuutin sisällä uudelleenkäynnistyksestä.

Toimenpiteen kokonaisaika: 10-20 minuuttia. Vertaa tätä tukkeutuneen kylmälevyn vaihtamisen kustannuksiin ja seisokkiaikaan, niin huoltolaskennasta tulee ilmeinen.

AnSS Y siivilä316L rungossa ei pitäisi näkyä mitään merkittävää korroosiota näytössä tai rungon sisäpuolella edes useiden vuosien glykoli-vesi -palvelun jälkeen. Jos ruostetta tai kuoppia havaitaan, se tarkoittaa yleensä joko materiaalin määrittelyvirhettä (304 korvattu 316L) tai jäähdytysnesteen pH:n poikkeamaa alle 6.5 -, jotka molemmat vaativat välitöntä järjestelmätason huomiota.

 

Johtopäätös: Toimi ennen kuin BMS tekee

 

BMS kertoo sinulle, kun lämpöpoikkeama on olemassa. Y-siivilä estää alunperinkin tuota poikkeavaa kehittymästä. Nestejäähdytteisen akkujärjestelmän suunnitteluhierarkiassa suodatussuoja kuuluu suunnitteluvaiheeseen - ei jälkikäteen takuuvaatimusten ilmaantuessa.

Kolme toimivaa vaihetta insinööreille ja järjestelmäintegraattoreille:

Määritä 316L ruostumaton terässekä siivilälle että seulalle, kun käytetään etyleeniglykoli-vesijäähdytysnestettä. Kieltäytyä vaihdoista hankinnassa.

Yhdistä verkko kanavan geometriaankäyttämällä yllä kuvattua 10–15 % sääntöä. Dokumentoi valittu verkko järjestelmän käyttöönottotietueeseen.

Asenna paine-eron valvontasiivilän poikki. SCADA-järjestelmääsi liitetty 20 dollarin mittari tai 4–20 mA:n peruslähetin muuttaa siivilä passiivisesta komponentista aktiiviseksi diagnoosipisteeksi.

Hankintaa varten Leadtekin 316L ruostumattomasta teräksestä valmistettu Y-siivilä kattaa DN15–DN200 kierteitettyinä (NPT/BSP) ja laipallisina (ANSI/DIN/JIS), verkkovaihtoehdoilla 20-200, paineluokitukset PN63:een ja täyden EN-standardinmukaisuuden lisääminen toimittajan tarkastusten mukaan.

 

FAQ

 

K1: Voinko käyttää 304 ruostumattomasta teräksestä valmistettua Y-siivilä 316 litran sijaan akun jäähdytyssilmukassa?

304 ruostumaton teräs tarjoaa riittävän korroosionkestävyyden moniin vesipohjaisiin sovelluksiin, mutta etyleeniglykoli-vesi-seokset, varsinkin kun pH poikkeaa alle 7,0 tai kloridikontaminaatio, voivat aiheuttaa pistekorroosiota 304:ssä usean vuoden käytön aikana. 316L lisää seokseen molybdeeniä, joka erityisesti vastustaa tätä pistekorroosiota. Akkujärjestelmälle, jonka odotetaan kestävän 10+ vuotta, 316 litraa on oikea määritys, ja kustannusero on mitätön verrattuna järjestelmän kokonaiskustannuksiin.

Q2: Mistä tiedän, aiheuttaako siivilä liiallisen paineen laskun, vaikka se näyttää puhtaalta?

Näytön muodonmuutos - joka johtuu vesivasaratapahtumasta tai liiallisesta vastahuuhtelupaineesta - voi vähentää avointa aluetta, vaikka verkko näyttää visuaalisesti puhtaalta. Jos paine-ero pysyy korkeana puhdistuksen jälkeen, irrota näyttö ja pidä sitä valossa. Epämuodostuneet tai kokoon painuneet verkkoosat näkyvät visuaalisesti. Vaihda näyttö; älä yritä muokata sitä uudelleen.

Kysymys 3: Pitäisikö Y-siivilä asentaa niin, että seulan jalka osoittaa alas vai sivulle?

Asenna aina niin, että suojatasku (kulmahaara) osoittaa alaspäin tai alaspäin. Tämä mahdollistaa vangitun jätteen laskeutumisen painovoiman vaikutuksesta taskuun sen sijaan, että ne pääsisivät takaisin virtausvirtaan. Vaakasuora asennus tasku osoittaa ylöspäin on yleisin asennusvirhe ja vähentää merkittävästi tehokasta suodatustehoa.

Q4: Tarvitsenko siivilä sekä jäähdytyspiirin syöttö- että paluulinjaan?

Useimmissa akun jäähdytyssovelluksissa riittää yksi siivilä syöttöjohdossa - ennen kylmälevyn tuloa. Asennus myös paluulinjaan tarjoaa lisäsuojaa pumpulle, ja sitä suositellaan erittäin saastuneisiin ympäristöihin (maastoautot, kaivoslaitteet, teollisuuden ESS). Jos budjetti sallii vain yhden, suojaa akun kylmälevy: aseta se syöttöpuolelle.

K5: Mikä jäähdytysnesteen pH-alue pitää ruostumattomasta teräksestä valmistetun siivilä ja muun silmukan hyvässä kunnossa?

Pidä jäähdytysnesteen pH välillä 7,0-8,5. Alle 7.0 happamat olosuhteet kiihdyttävät alumiinin korroosiota ja lisäävät hiukkaskuormaa. Yli 9.0, jotkut inhibiittoripakkaukset hajoavat ja voivat laskea kalkkia lämmönvaihtimen pinnoille. Testaa pH neljännesvuosittain aktiivisissa järjestelmissä ja vaihda jäähdytysneste, kun pH putoaa tämän alueen ulkopuolelle kuluneesta käyttöajasta riippumatta.