Чиллер для стенда испытаний аккумуляторов: расчёт

Чиллер для стенда испытаний аккумуляторов рассчитывают по мощности заряда и разряда: батарея при циклировании теряет в тепло около 6 % проходящей мощности, а циклер — источник заряда и разряда — ещё 8–14 %, и если оба на водяном охлаждении, это тепло уходит в чиллер. Калькулятор считает холодопроизводительность по мощности и числу стендов, тому, что подключено к воде, и средней загрузке.

Расчёт чиллера для стенда испытаний аккумуляторов

Мощность стенда, кВт Стендов

Что охлаждает чиллер Только батареи — около 6 % мощности Батареи и циклеры с рекуперацией — около 14 % Батареи и циклеры без рекуперации — около 20 % Средняя загрузка 50 % — паузы и измерения 70 % — обычные циклы 100 % — ресурсные испытания

Температура воды, °C Запас 10 % 15 % 20 %

Выносной конденсатор

Вода 20 °C теплее, чем у серийных чиллеров (от 5 до 15 °C): нужен индивидуальный подбор.

Требуемый чиллер

45,1

кВт

Мощность в работе, кВт

280

Тепло в воду, кВт

39,2

Расход воды, м³/ч

7,75

Температура воды, °C

20

Запросить подбор на 45,1 кВт

Письмо производителю xiron.ru с параметрами расчёта

Оборудование не укладывается в калькулятор? Опишите задачу словами — ассистент посчитает нагрузку и подберёт чиллер

Что охлаждаете, сколько и при какой температуре Посчитать и подобрать

Откуда берётся тепло

• Батарея. Внутреннее сопротивление ячеек и токи балансировки превращают в тепло несколько процентов мощности заряда и разряда; батарея с жидкостным охлаждением отдаёт это тепло в свою охлаждающую плиту, а стенд держит её температуру.
• Циклер с рекуперацией. При разряде энергия батареи возвращается в сеть через инвертор, и в тепло уходит около 8 % — потери силовой электроники заряда и разряда.
• Циклер без рекуперации. Если разряд идёт на нагрузочные резисторы, вся энергия разряда превращается в тепло; калькулятор берёт около 14 % в среднем за цикл заряда и разряда, если резисторы и электроника на воде.

Охлаждающую плиту батареи держат при 20–25 °C, и чиллер на воде 20 °C выходит за серийный ряд; при испытаниях на холоде нужен гликоль, как в задаче о чиллере для климатической камеры.

Формула

Q_в = P × n × z × φ

Q = Q_в × (1 + k)

V = Q / (1,163 × Δt)

• Q_в — тепло в воду, кВт; P — мощность одного стенда, кВт; n — число стендов; z — средняя загрузка, доля.
• φ — доля мощности, уходящая в воду: только батареи — 0,06; батареи и циклеры с рекуперацией — 0,14; батареи и циклеры без рекуперации — 0,20.
• k — запас, доля; V — расход воды, м³/ч; Δt — нагрев воды, принят 5 °C; 1,163 — теплоёмкость воды, кВт·ч/(м³·°C).

Ток заряда растёт с C-коэффициентом: при быстрой зарядке 2–3C батарея греется в разы сильнее, чем при 0,5C, и долю для батареи берут из протокола испытаний. Потери силовой электроники по типам разобраны в задаче о чиллере для преобразователей частоты и выпрямителей.

Пример расчёта

Четыре стенда по 100 кВт, батареи и циклеры с рекуперацией на воде, средняя загрузка 70 %, вода 20 °C, запас 15 %.

1. Мощность в работе: 100 × 4 × 0,7 = 280 кВт.
2. Тепло в воду: Q_в = 280 × 0,14 = 39,2 кВт.
3. С запасом: Q = 39,2 × 1,15 = 45,08 кВт, округлённо 45,1 кВт.
4. Расход воды: V = 45,08 / (1,163 × 5) = 7,75 м³/ч.
5. Вода 20 °C теплее серийного диапазона +5…+15 °C, поэтому подбор индивидуальный.

Типовые ошибки

• Считать по циклу без пиков. Ресурсные испытания идут сутками на полной мощности, и средняя загрузка близка к 100 %; если взять 50 % «как обычно», к концу смены батарея уйдёт за границу температуры и испытание остановится.
• Одна вода на батарею и электронику. Батарее нужна вода 20–25 °C с точностью до градуса, циклеру — любая до 35 °C; общий контур без термостатов на стендах раскачивает температуру батарей при каждом пуске соседнего стенда, — подмес по расчёту температуры смешения.
• Вода вместо гликоля для холодных испытаний. При испытаниях при −20 °C плита батареи работает на гликоле −25 °C; концентрацию считает расчёт концентрации гликоля, а вода в таком контуре разморозит теплообменники.
• Не учесть тепловой разгон. Чиллер не спасает от него, но его останов при аварии батареи не должен оставлять соседние стенды без воды; на стенд ставят отсечные клапаны и отдельную аварийную схему.

Двигатели и инверторы на тех же стендах считают по задаче о чиллере для испытательного стенда двигателей.

Вопросы и ответы

Сколько тепла выделяет батарея при испытаниях?

Батарея при циклировании теряет в тепло около 6 % проходящей мощности заряда и разряда; циклер с рекуперацией добавляет ещё около 8 %, циклер без рекуперации с разрядом на резисторы — около 14 % в среднем за цикл. На стенде 100 кВт это 6, 14 или 20 кВт в воду в зависимости от того, что подключено к охлаждению.

Какая температура воды нужна стенду испытаний аккумуляторов?

Охлаждающую плиту батареи держат при 20–25 °C, поэтому стенду нужна вода около 20 °C — это выше серийного диапазона 5–15 °C, и чиллер подбирают индивидуально. Для испытаний на холоде контур заполняют гликолем.

Почему при быстрой зарядке тепла больше?

При быстрой зарядке 2–3C ток через батарею в несколько раз выше, чем при 0,5C, а тепло на внутреннем сопротивлении растёт пропорционально квадрату тока, поэтому батарея греется в разы сильнее. Для таких протоколов долю тепла батареи берут не 6 %, а по данным протокола испытаний.