مصفاة Y من الفولاذ المقاوم للصدأ: خط الدفاع الأول في حلقات تبريد بطارية الليثيوم

المقدمة: مكون صغير ذو نتائج عالية المخاطر-.

 

تخيل هذا: نظام تخزين طاقة البطارية بقدرة 200 كيلووات في الساعة يعمل بشكل لا تشوبه شائبة لمدة 14 شهرًا. بعد ذلك، أثناء دورة الحمل- في ذروة الصيف، يطلق نظام إدارة البطارية (BMS) تحذيرًا حراريًا على مجموعة من الخلايا في الوحدة 7. يقوم الفنيون بغسل حلقة التبريد واكتشفوا السبب - وهو انسداد جزئي في القنوات الدقيقة- للوحة الباردة، بسبب جزيئات أكسيد الألومنيوم التي لا يزيد حجمها عن 150 ميكرون. تصل فاتورة الإصلاح إلى آلاف الدولارات. السبب الجذري؟ لا توجد حماية من الترشيح في الجزء العلوي من حزمة البطارية.

يحدث هذا السيناريو في كثير من الأحيان أكثر مما تعترف به الصناعة. بينما يركز معظم الاهتمام الهندسي في أنظمة البطاريات المبردة بالسائل- على تصميم اللوحة الباردة، وحجم المضخة، وكيمياء سائل التبريد،مصفاة Y من الفولاذ المقاوم للصدأ- يظل المرشح المدمج القابل لإعادة الاستخدام - هو المكون الأقل تحديدًا في الحلقة. تشرح هذه المقالة سبب استحقاقها لمزيد من الاحترام، وكيفية اختيار الخيار المناسب، وكيفية الحفاظ عليه بشكل صحيح لحماية استثمارك طوال عمر النظام بالكامل.

 

 

مصفاة Y من الفولاذ المقاوم للصدأ لأنظمة تبريد البطارية

 

الجزء 1: لماذا تكون حلقات تبريد بطارية الليثيوم معرضة بشكل فريد للتلوث بالجسيمات

 

تشترك أنظمة الإدارة الحرارية للبطاريات السائلة المبردة (BTMS) في تحدي هيكلي أساسي: فالميزة ذاتها التي تجعلها فعالة تجعلها هشة أيضًا. تعتمد الألواح الباردة - المبادلات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ المرتبطة مباشرة بوحدات البطارية - على قنوات - داخلية صغيرة يبلغ عرضها عادةً 0.5 مم إلى 1.5 مم لتحقيق أقصى قدر من التلامس السطحي مع الخلايا. هذه القنوات فعالة بشكل غير عادي في سحب الحرارة بعيدًا عن الخلايا. فهي فعالة بنفس القدر في محاصرة الحطام.

ينشأ تلوث الجسيمات في حلقة تبريد البطارية من ثلاثة مصادر رئيسية:

مخلفات التصنيع والتجميع.أثناء تصنيع الألواح الباردة، والنحاس، وتجميع النظام، تدخل النشارة المعدنية، وخبث اللحام، وبقايا التدفق، وشظايا مانع التسرب إلى الحلقة. تتراوح أحجام الجسيمات عادةً من 50 إلى 500 ميكرون - ضمن النطاق الذي يمكنه الاستقرار في القنوات الصغيرة-.

في-المنتجات الثانوية لتآكل الخدمة.حتى مع استخدام مبرد ماء الإيثيلين جلايكول-المثبت (المعيار الصناعي لتطبيقات EV وESS)، تتأكسد مكونات سبائك الألومنيوم ببطء بمرور الوقت. تتراكم جزيئات أكسيد الألومنيوم الناتجة، والتي يتراوح قطرها غالبًا من 1 إلى 100 ميكرون، ويمكن أن تشكل انسدادات موضعية على مدار آلاف ساعات التشغيل.

عبر-التلوث الحلقي.تعمل العديد من البنى الحرارية للمركبات الكهربائية على تشغيل حلقة البطارية، وحلقة المحرك/العاكس، وحلقة تكييف المقصورة في ترتيب مشترك أو مترابط. يمكن أن تنتقل جزيئات التآكل من أختام المضخة أو ملفات المحرك في الحلقات المجاورة إلى الدائرة الحرارية للبطارية إذا كان النظام يفتقر إلى حواجز ترشيح كافية بين الحلقات-.

إن نتيجة التلوث غير الخاضع للرقابة ليست مجرد إزعاج - بل قد تكون خطيرة. يؤدي التوزيع غير المتساوي للتدفق عبر اللوحة الباردة إلى عدم انتظام درجة الحرارة-داخل وحدة البطارية. تُظهر الأبحاث التي أجريت على BTMS- أيون الليثيوم باستمرار أن فرق درجة الحرارة الذي يزيد عن 5 درجات عبر الخلايا في نفس الوحدة يؤدي إلى تسريع عملية الشيخوخة الموضعية، وتقليل السعة، وفي ظروف الضغط العالي-، يزيد خطر الانفلات الحراري. لا تمثل القناة الصغيرة المحظورة-مشكلة تتعلق بالكفاءة فحسب. إنه هامش أمان يتآكل بهدوء.

 

الجزء 2: لماذا تعتبر المصفاة Y هي الأداة المناسبة لهذه المهمة

 

عادةً ما يأخذ المهندسون الذين يقومون بتقييم الترشيح المضمن لحلقات تبريد البطارية في الاعتبار ثلاثة خيارات: مرشحات الخرطوشة، ومصفاة السلة، ومصفاة النوع Y-. ولكل منها مكانه في أنظمة السوائل الصناعية، ولكن بالنسبة للمتطلبات المحددة لدائرة تبريد حزمة البطارية، يوفر التكوين Y مجموعة من المزايا التي لا يمكن للآخرين مضاهاتها.

هندسة مدمجة مدمجة.تفرض مجموعات البطاريات، سواء في مركبات الركاب الكهربائية أو حاويات ESS-المثبتة على حامل، قيودًا مكانية صارمة. يسمح الجسم الفرعي المائل لمصفاة Y بتركيبها في أنبوب مستقيم مع الحد الأدنى من البصمة - وهو عملي أكثر بكثير من الهيكل الأكبر الذي تتطلبه مصافي السلة.

إمكانية إعادة الاستخدام دون إيقاف تشغيل النظام.على عكس مرشحات الخرطوشة، التي تتطلب استبدالًا كاملاً وتولد النفايات، فإن شاشات المصفاة Y قابلة للإزالة والتنظيف وإعادة الاستخدام. بالنسبة للنظام المتوقع أن يعمل لمدة 10-15 سنة، فإن هذا مهم للغاية بالنسبة لتكلفة دورة الحياة. تضيف العديد من التركيبات أيضًا صمام عزل صغير بجانب المصفاة، مما يسمح بإزالة الشاشة دون تصريف الحلقة بأكملها - وهو إجراء يستغرق دقائق وليس ساعات.

مرونة الضغط.تعمل حلقات تبريد البطارية عادةً عند 1-4 بار (15-58 رطل لكل بوصة مربعة). المحدد بشكل صحيحمصفاة SS Yيوفر تصنيف PN16 أو PN25 هامش أمان للضغط يبلغ 4-6x خلال ظروف التشغيل، مما يضمن أنه حتى الشاشة المسدودة جزئيًا لا تسبب خطر التسرب.

التوافق مع مبرد الماء الجليكول-.هذا هو المكان الذي يصبح فيه اختيار المواد-غير قابل للتفاوض. تتآكل مصافي الفولاذ الكربوني أو النحاس القياسية في بيئات مياه الإيثيلين جلايكول-، مما يؤدي إلى توليد الجزيئات نفسها التي من المفترض أن تزيل - وضع الفشل الذاتي-. يقاوم الهيكل والشاشة المصنوعان من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L التآكل الناجم عن الجليكول-عبر نطاق درجة حرارة التشغيل الكامل (-20 درجة إلى 90 درجة) النموذجي لتطبيقات البطاريات الثابتة والسيارات.

 

 

مصفاة Leadtek SS Y

 

الجزء 3: تحديد الشبكة - الحصول على الأرقام بشكل صحيح

 

يعد عدد الشبكات (عدد الفتحات لكل بوصة خطية) هو معلمة الاختيار الأكثر أهمية لمصفاة حلقة البطارية، ومع ذلك يتم اختياره بشكل تعسفي في كثير من الأحيان. خشن للغاية، والجسيمات صغيرة بما يكفي لمنع مرور القنوات الدقيقة-من خلالها بحرية. جيد جدًا، وانخفاض الضغط عبر المصفاة يتسلق بشكل مفرط، مما يقلل من التدفق ويقلل من أداء التبريد الذي تم تصميم النظام لتقديمه.

بالنسبة لتطبيقات تبريد بطارية الليثيوم، تعكس الإرشادات التالية الخبرة الميدانية عبر تركيبات EV وESS:

 

 

القاعدة العامة: يجب ألا يتجاوز قطع الترشيح 10-15% من الحد الأدنى لعرض القناة. بالنسبة لقناة 800 ميكرون، هذا يعني استهداف قطع 80-120 ميكرون، وهو ما يتوافق مع 100-150 شبكة. إن العمل بشكل أفضل من اللازم يضيف انخفاضًا في الضغط دون حماية ذات معنى.

ملاحظة عملية واحدة: تولد الأنظمة التي تم تشغيلها حديثًا جسيمات أكبر بكثير في أول 200 إلى 500 ساعة تشغيل مقارنة بأي مرحلة لاحقة من عمرها التشغيلي. يقوم بعض القائمين على تكامل الأنظمة بتشغيل شاشة خشنة (40 شبكة) أثناء الاختراق-، ثم استبدالها بالشاشة المستهدفة 80-100 شبكة بعد دورة التدفق الأولية. يعمل أسلوب التشغيل على مرحلتين-هذا على إطالة فترات خدمة الشاشة بشكل ملحوظ.

 

الجزء 4: الصيانة - تردد التنظيف العكسي وفترات الخدمة

 

تعتبر مصفاة Y المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ مكونًا سلبيًا، ولكنها ليست مجموعة-و-مكونًا غير قابل للحذف. تتصرف الشاشة المسدودة مثل صمام التقييد، ويعتبر انخفاض الضغط الناتج عبر المصفاة هو الإشارة التشخيصية الأكثر موثوقية المتاحة للمشغلين.

مشغلات التفتيش الموصى بها:

فرق الضغط > 0.3 بارعبر المصفاة (يتم قياسها باستخدام مقاييس الضغط المنبع/المصب أو مستشعر الضغط التفاضلي): نظف على الفور.

كل 6 أشهرلأنظمة البطاريات في ركوب الدراجات اليومية النشطة (أساطيل المركبات الكهربائية، ومقياس الشبكة-ESS).

كل 12 شهراللأنظمة في التطبيقات الاحتياطية أو الاحتياطية ذات تردد الدورة المنخفض.

بعد أي استبدال لسائل التبريد أو إصلاح النظام، بغض النظر عن الوقت المنقضي.

إجراء التنظيف العكسي(للأنظمة ذات صمامات العزل المحيطة بالمصفاة):

اعزل المصفاة باستخدام صمامات الإغلاق العلوية والسفلية-.

افتح سدادة التصريف الموجودة أسفل جسم المصفاة - وسيتم تصريف الحطام الملتقط في وعاء التجميع.

قم بإزالة الشاشة، ثم اشطفها بالماء النظيف أو بهواء منخفض الضغط-وافحصها بحثًا عن أي تشوه أو تآكل في الشبكة.

أعد تركيب{0}وأعد فتح صمامات العزل.

تحقق من تسوية الضغط التفاضلي خلال 5 دقائق من إعادة التشغيل.

إجمالي وقت الإجراء: 10-20 دقيقة. قارن هذا بالتكلفة ووقت التوقف عن العمل لاستبدال لوحة التبريد المسدودة، وستصبح حسابات الصيانة واضحة.

انمصفاة SS Yمع هيكل 316L، يجب ألا يُظهر أي تآكل ملحوظ على الشاشة أو الجزء الداخلي من الجسم حتى بعد عدة سنوات من خدمة مياه الجليكول-. إذا تمت ملاحظة الصدأ أو الحفر، فهذا يشير عادةً إما إلى خطأ في مواصفات المادة (304 بدلاً من 316L) أو انحراف الرقم الهيدروجيني لسائل التبريد إلى ما دون 6.5 - وكلاهما يتطلب اهتمامًا فوريًا على مستوى النظام-.

 

الخلاصة: التصرف قبل أن يفعل نظام إدارة المباني

 

سيخبرك نظام إدارة المباني (BMS) بوجود شذوذ حراري. المصفاة Y هي ما يمنع هذا الشذوذ من التطور في المقام الأول. في التسلسل الهرمي الهندسي لنظام البطارية السائلة-المبردة، تنتمي حماية الترشيح إلى مرحلة التصميم - وليس كفكرة لاحقة عند ظهور مطالبات الضمان.

ثلاث خطوات قابلة للتنفيذ للمهندسين ومتكاملي الأنظمة:

حدد الفولاذ المقاوم للصدأ 316Lلكل من جسم المصفاة والشاشة عند استخدام مبرد ماء الإيثيلين جلايكول-. رفض البدائل عند الشراء.

مطابقة الشبكة لهندسة القناةباستخدام قاعدة 10-15% الموضحة أعلاه. قم بتوثيق الشبكة المحددة في سجل تشغيل النظام.

تثبيت مراقبة الضغط التفاضليعبر المصفاة. يعمل مقياس 20 دولارًا أو جهاز إرسال أساسي 4-20 مللي أمبير متصل بنظام SCADA الخاص بك على تحويل المصفاة من مكون سلبي إلى نقطة تشخيص نشطة.

بالنسبة للمصادر، تغطي مصفاة Y من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L من Leadtek DN15 – DN200 في تكوينات ملولبة (NPT/BSP) وذو حواف (ANSI/DIN/JIS)، مع خيارات شبكية من 20 إلى 200، وتقييمات الضغط إلى PN63، وإمكانية تتبع المواد الكاملة EN 10204 3.1 - معيار الوثائق المطلوب بشكل متزايد من قبل عمليات تدقيق موردي EV OEM.

 

التعليمات

 

Q1: هل يمكنني استخدام مصفاة Y من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 بدلاً من 316L في حلقة تبريد البطارية؟

يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ 304 مقاومة كافية للتآكل في العديد من التطبيقات التي تعتمد على الماء-، ولكن مخاليط الماء من جلايكول الإيثيلين-، خاصة عند انحراف الأس الهيدروجيني إلى أقل من 7.0 أو حدوث تلوث بالكلوريد، يمكن أن تسبب تآكلًا تأليبًا في 304 على مدى-خدمة متعددة السنوات. 316L مما يضيف الموليبدينوم إلى السبيكة، والتي تقاوم آلية التنقر هذه على وجه التحديد. بالنسبة لنظام البطارية المتوقع أن يعمل لمدة 10+ سنة، فإن 316L هي المواصفات الصحيحة ويكون فرق التكلفة ضئيلًا مقارنة بإجمالي تكلفة النظام.

س2: كيف أعرف ما إذا كانت المصفاة الخاصة بي تسبب انخفاضًا مفرطًا في الضغط حتى عندما تبدو نظيفة؟

يمكن أن يؤدي تشوه الشاشة - الناتج عن حدث المطرقة المائية أو ضغط التدفق العكسي الزائد - إلى تقليل المساحة المفتوحة حتى عندما تبدو الشبكة نظيفة بصريًا. إذا ظل فرق الضغط مرتفعًا بعد التنظيف، قم بإزالة الشاشة وارفعها إلى أعلى للضوء. سوف تكون أقسام الشبكة المشوهة أو المنهارة واضحة للعيان. استبدال الشاشة. لا تحاول إعادة تشكيله.

س3: هل يجب تركيب المصفاة على شكل حرف Y بحيث تكون ساق الغربلة متجهة إلى الأسفل أو إلى الجانب؟

قم دائمًا بالتثبيت مع توجيه جيب الشاشة (الفرع المائل) إلى الأسفل أو إلى الأسفل. وهذا يسمح للحطام الذي تم التقاطه بالاستقرار عن طريق الجاذبية في الجيب بدلاً من-الدخول مرة أخرى إلى تيار التدفق. يعد التثبيت الأفقي مع توجيه الجيب لأعلى هو خطأ التثبيت الأكثر شيوعًا ويقلل بشكل كبير من كفاءة الترشيح الفعالة.

س 4: هل أحتاج إلى مصفاة على كل من خطوط الإمداد والإرجاع الخاصة بحلقة التبريد؟

بالنسبة لمعظم تطبيقات تبريد البطارية، تكون مصفاة واحدة على خط الإمداد - أعلى مدخل اللوحة الباردة - كافية. يوفر التثبيت على خط الإرجاع أيضًا حماية إضافية للمضخة ويوصى به في البيئات عالية التلوث (-المركبات الكهربائية على الطرق الوعرة، ومعدات التعدين، وESS الصناعية). إذا كانت الميزانية تسمح بواحدة فقط، قم بحماية لوحة التبريد للبطارية: ضعها على جانب العرض.

س5: ما هو نطاق درجة الحموضة لسائل التبريد الذي يحافظ على مصفاة الفولاذ المقاوم للصدأ وبقية الحلقة في حالة جيدة؟

حافظ على درجة حموضة سائل التبريد بين 7.0 و8.5. أقل من 7.0، تعمل الظروف الحمضية على تسريع تآكل الألومنيوم وزيادة حمل الجسيمات. أعلى من 9.0، تتحلل بعض الحزم المثبطة ويمكن أن تترسب الترسبات الكلسية على أسطح المبادلات الحرارية. اختبر الرقم الهيدروجيني كل ثلاثة أشهر في الأنظمة النشطة، واستبدل سائل التبريد عندما يقع الرقم الهيدروجيني خارج هذا النطاق بغض النظر عن وقت الخدمة المنقضي.