Bộ lọc chữ Y bằng thép không gỉ: Tuyến phòng thủ đầu tiên trong vòng làm mát bằng pin lithium

Giới thiệu: Một thành phần nhỏ có kết quả đặt cược-cao

 

Hãy hình dung thế này: một hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin 200 kWh đã hoạt động hoàn hảo trong 14 tháng. Sau đó, trong chu kỳ tải-cao điểm vào mùa hè, hệ thống quản lý pin (BMS) sẽ kích hoạt cảnh báo nhiệt trên một cụm tế bào trong Mô-đun 7. Kỹ thuật viên xả sạch vòng lặp làm mát và phát hiện ra thủ phạm - khiến các kênh vi mô-của tấm lạnh bị tắc nghẽn do các hạt oxit nhôm không lớn hơn 150 micron. Hóa đơn sửa chữa lên tới hàng ngàn đô la. Nguyên nhân sâu xa? Không có bộ lọc bảo vệ ngược dòng của bộ pin.

Kịch bản này diễn ra thường xuyên hơn những gì ngành công nghiệp thừa nhận. Trong khi hầu hết sự chú ý về mặt kỹ thuật trong hệ thống pin làm mát bằng chất lỏng-đều tập trung vào thiết kế tấm lạnh, kích thước máy bơm và hóa chất làm mát, thìbộ lọc chữ Y bằng thép không gỉ- bộ lọc nội tuyến nhỏ gọn, có thể tái sử dụng - vẫn là thành phần chưa được xác định cụ thể nhất trong vòng lặp. Bài viết này giải thích lý do tại sao nó đáng được tôn trọng hơn nhiều, cách chọn đúng và cách duy trì nó đúng cách để bảo vệ khoản đầu tư của bạn trong suốt vòng đời của toàn bộ hệ thống.

 

 

Bộ lọc chữ Y bằng thép không gỉ cho hệ thống làm mát pin

 

Phần 1: Tại sao vòng làm mát pin lithium đặc biệt dễ bị nhiễm bẩn hạt

 

Hệ thống quản lý nhiệt pin làm mát bằng chất lỏng (BTMS) có chung một thách thức cơ bản về cấu trúc: chính tính năng giúp chúng hoạt động hiệu quả cũng khiến chúng dễ hỏng. Các tấm lạnh - bộ trao đổi nhiệt bằng nhôm hoặc thép không gỉ được liên kết trực tiếp với mô-đun pin - dựa vào các kênh vi mô-bên trong thường rộng từ 0,5 mm đến 1,5 mm để tối đa hóa sự tiếp xúc bề mặt với các tế bào. Những kênh này cực kỳ hiệu quả trong việc kéo nhiệt ra khỏi tế bào. Chúng có hiệu quả như nhau trong việc bẫy các mảnh vụn.

Ô nhiễm hạt trong vòng làm mát pin bắt nguồn từ ba nguồn chính:

Chất thải sản xuất và lắp ráp.Trong quá trình chế tạo tấm nguội, hàn đồng và lắp ráp hệ thống, các mảnh kim loại, xỉ hàn, cặn trợ dung và các mảnh chất bịt kín sẽ đi vào vòng lặp. Kích thước hạt thường dao động từ 50 đến 500 micron -, nằm trong phạm vi có thể lưu giữ trong các kênh-vi mô.

-sản phẩm phụ bị ăn mòn trong quá trình sử dụng.Ngay cả với chất làm mát bằng nước ethylene glycol{0}}bị ức chế (tiêu chuẩn ngành cho các ứng dụng EV và ESS), các thành phần hợp kim nhôm vẫn oxy hóa chậm theo thời gian. Các hạt oxit nhôm thu được, thường có đường kính từ 1–100 micron, tích tụ và có thể hình thành tắc nghẽn cục bộ trong hàng nghìn giờ hoạt động.

Ô nhiễm chéo{0}}vòng lặp.Nhiều kiến ​​trúc nhiệt EV chạy vòng pin, vòng động cơ/biến tần và vòng điều hòa cabin theo cách sắp xếp chung hoặc kết nối với nhau. Các hạt mài mòn từ phốt bơm hoặc cuộn dây động cơ trong các vòng liền kề có thể di chuyển vào mạch nhiệt của pin nếu hệ thống thiếu các rào cản lọc giữa các vòng lặp đầy đủ.

Hậu quả của việc ô nhiễm không được kiểm soát không chỉ đơn thuần là bất tiện mà còn có thể gây nguy hiểm. Sự phân bố dòng không đồng đều trên tấm lạnh khiến nhiệt độ không-đồng đều trong mô-đun pin. Nghiên cứu về BTMS lithium{4}}ion cho thấy một cách nhất quán rằng chênh lệch nhiệt độ lớn hơn 5 độ giữa các tế bào trong cùng một mô-đun sẽ đẩy nhanh quá trình lão hóa cục bộ, giảm công suất và trong các điều kiện{{6} ứng suất cao, sẽ làm tăng nguy cơ thoát nhiệt. Kênh vi mô-bị chặn không chỉ là vấn đề về hiệu quả. Đó là một giới hạn an toàn đang bị xói mòn một cách lặng lẽ.

 

Phần 2: Tại sao Bộ lọc Y là công cụ phù hợp cho công việc này

 

Các kỹ sư đánh giá quá trình lọc nội tuyến cho vòng làm mát pin thường xem xét ba tùy chọn: bộ lọc hộp mực, bộ lọc giỏ và bộ lọc loại Y-. Mỗi loại đều có vị trí riêng trong các hệ thống chất lỏng công nghiệp, nhưng đối với các nhu cầu cụ thể của mạch làm mát bộ pin, cấu hình Y mang lại sự kết hợp các ưu điểm mà các loại khác không thể sánh được.

Hình học nội tuyến nhỏ gọn.Các bộ pin, cho dù trong xe điện chở khách hay hộp ESS-gắn trên giá, đều đặt ra những hạn chế chặt chẽ về không gian. Thân nhánh góc cạnh của bộ lọc chữ Y cho phép nó được lắp đặt trong đường ống thẳng với dấu chân tối thiểu -, thiết thực hơn nhiều so với vỏ lớn hơn mà bộ lọc giỏ yêu cầu.

Khả năng sử dụng lại mà không cần tắt hệ thống.Không giống như các bộ lọc hộp mực đòi hỏi phải thay thế hoàn toàn và tạo ra chất thải, màn hình lọc Y có thể tháo rời, làm sạch và tái sử dụng. Đối với một hệ thống dự kiến ​​hoạt động trong 10–15 năm, điều này có ý nghĩa rất lớn đối với chi phí vòng đời. Nhiều cơ sở lắp đặt cũng bổ sung thêm một van cách ly nhỏ bên cạnh bộ lọc, cho phép tháo màn hình mà không làm cạn toàn bộ vòng lặp - một quy trình chỉ mất vài phút thay vì hàng giờ.

Khả năng phục hồi áp lực.Vòng làm mát pin thường hoạt động ở mức 1–4 bar (15–58 psi). Được chỉ định đúngBộ lọc SS Yđược xây dựng theo xếp hạng PN16 hoặc PN25 cung cấp giới hạn an toàn áp suất từ ​​4–6 lần trong các điều kiện vận hành, đảm bảo rằng ngay cả màn hình bị tắc một phần cũng không tạo ra nguy cơ rò rỉ.

Khả năng tương thích với chất làm mát bằng nước glycol{0}}.Đây là lúc việc lựa chọn nguyên liệu trở nên-không thể thương lượng được. Bộ lọc bằng thép carbon hoặc đồng thau tiêu chuẩn bị ăn mòn trong môi trường nước ethylene glycol-, tạo ra chính các hạt mà chúng có nhiệm vụ loại bỏ - một chế độ hỏng hóc tự-. Thân và màn hình bằng thép không gỉ 316L chống lại sự ăn mòn do glycol- gây ra trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ hoạt động (-20 độ đến 90 độ ) điển hình của các ứng dụng ắc quy cố định và ô tô.

 

 

Bộ lọc Leadtek SS Y

 

Phần 3: Lựa chọn lưới - Lấy số đúng

 

Số lượng lưới (số lỗ trên mỗi inch tuyến tính) là thông số lựa chọn có hệ quả nhất đối với bộ lọc vòng lặp pin, tuy nhiên nó thường được chọn tùy ý. Quá thô và các hạt đủ nhỏ để chặn các kênh vi mô{1}}có thể tự do đi qua. Quá mịn và áp suất giảm trên bộ lọc tăng quá mức, làm giảm lưu lượng và làm suy yếu hiệu suất làm mát mà hệ thống được thiết kế để mang lại.

Đối với các ứng dụng làm mát pin lithium, các nguyên tắc sau phản ánh trải nghiệm thực tế trong quá trình lắp đặt EV và ESS:

 

 

Nguyên tắc chung: ngưỡng lọc không được vượt quá 10–15% độ rộng kênh tối thiểu. Đối với kênh 800 micron, điều đó có nghĩa là nhắm mục tiêu mức cắt 80–120 micron, tương ứng với lưới 100–150. Làm mịn hơn mức cần thiết sẽ làm giảm áp suất mà không có biện pháp bảo vệ có ý nghĩa.

Một lưu ý thực tế: các hệ thống mới được vận hành tạo ra nhiều hạt hơn trong 200–500 giờ hoạt động đầu tiên so với bất kỳ thời điểm nào sau này trong thời gian sử dụng của chúng. Một số nhà tích hợp hệ thống chạy màn hình thô hơn (40 lưới) trong quá trình đột nhập-, sau đó thay thế bằng màn hình mục tiêu 80–100 lưới sau chu kỳ xả ban đầu. Phương pháp chạy thử hai giai đoạn-này kéo dài đáng kể khoảng thời gian bảo trì màn hình.

 

Phần 4: Bảo trì - Tần suất xả ngược và khoảng thời gian bảo dưỡng

 

Bộ lọc chữ Y bằng thép không gỉ là một thành phần thụ động nhưng không phải là một thành phần được thiết lập sẵn. Màn hình bị chặn hoạt động giống như một van hạn chế và sự sụt giảm áp suất qua bộ lọc là tín hiệu chẩn đoán đáng tin cậy nhất dành cho người vận hành.

Trình kích hoạt kiểm tra được đề xuất:

Chênh lệch áp suất > 0,3 barqua bộ lọc (được đo bằng đồng hồ đo áp suất ngược dòng/hạ lưu hoặc cảm biến chênh lệch áp suất): làm sạch ngay lập tức.

Mỗi 6 thángdành cho hệ thống pin hoạt động theo chu kỳ hàng ngày (đội xe điện, ESS quy mô lưới-).

Mỗi 12 thángcho các hệ thống ở chế độ chờ hoặc ứng dụng dự phòng có tần số chu kỳ thấp.

Sau khi thay thế chất làm mát hoặc sửa chữa hệ thống, bất kể thời gian đã trôi qua.

Thủ tục xả ngược(đối với hệ thống có van cách ly ở bên cạnh bộ lọc):

Cách ly bộ lọc bằng cách sử dụng các van đóng-ngược dòng và hạ lưu.

Mở nút xả ở dưới cùng của chất làm mát thân lưới lọc - và các mảnh vụn bị giữ lại sẽ xả vào bình thu gom.

Tháo màn hình, rửa sạch bằng nước sạch hoặc-khí áp suất thấp rồi kiểm tra xem lưới có bị biến dạng hoặc ăn mòn hay không.

Cài đặt lại và-mở lại các van cách ly.

Kiểm tra mức bình thường hóa chênh lệch áp suất trong vòng 5 phút kể từ khi khởi động lại.

Tổng thời gian thực hiện: 10–20 phút. So sánh điều này với chi phí và thời gian ngừng hoạt động của việc thay thế tấm lạnh bị tắc, thì phép tính bảo trì trở nên rõ ràng.

MỘTBộ lọc SS Yvới thân 316L sẽ không có hiện tượng ăn mòn đáng kể trên màn hình hoặc bên trong thân máy ngay cả sau vài năm sử dụng nước glycol-. Nếu quan sát thấy rỉ sét hoặc rỗ, điều này thường cho thấy lỗi đặc tính vật liệu (304 được thay thế cho 316L) hoặc độ pH của chất làm mát trôi xuống dưới 6.5 -, cả hai đều cần được chú ý ngay lập tức-của hệ thống.

 

Kết luận: Hành động trước khi BMS thực hiện

 

BMS sẽ cho bạn biết khi có sự bất thường về nhiệt. Bộ lọc Y là thứ ngăn chặn sự bất thường đó phát triển ngay từ đầu. Trong hệ thống phân cấp kỹ thuật của hệ thống pin làm mát bằng chất lỏng-, tính năng bảo vệ lọc thuộc về giai đoạn thiết kế - chứ không phải được xem xét lại khi yêu cầu bảo hành xuất hiện.

Ba bước có thể hành động dành cho kỹ sư và nhà tích hợp hệ thống:

Chỉ định thép không gỉ 316Lcho cả thân bộ lọc và màn lọc khi sử dụng chất làm mát bằng nước ethylene glycol{0}}. Từ chối thay thế khi mua sắm.

Khớp lưới với hình dạng kênhsử dụng quy tắc 10–15% được mô tả ở trên. Ghi lại lưới đã chọn vào hồ sơ vận hành hệ thống.

Cài đặt giám sát chênh lệch áp suấtngang qua lưới lọc. Một máy đo trị giá 20 USD hoặc một bộ phát 4–20 mA cơ bản được kết nối với hệ thống SCADA của bạn sẽ biến bộ lọc từ một bộ phận thụ động thành một điểm chẩn đoán hoạt động.

Để tìm nguồn cung ứng, Bộ lọc chữ Y bằng thép không gỉ 316L của Leadtek bao gồm DN15–DN200 ở cấu hình ren (NPT/BSP) và mặt bích (ANSI/DIN/JIS), với các tùy chọn lưới từ 20 đến 200, xếp hạng áp suất đến PN63 và khả năng truy nguyên vật liệu EN 10204 3.1 đầy đủ -, tiêu chuẩn tài liệu ngày càng được yêu cầu bởi các cuộc kiểm tra nhà cung cấp EV OEM.

 

Câu hỏi thường gặp

 

Câu hỏi 1: Tôi có thể sử dụng bộ lọc chữ Y bằng thép không gỉ 304 thay vì 316L trong vòng làm mát pin không?

Thép không gỉ 304 cung cấp khả năng chống ăn mòn đầy đủ cho nhiều ứng dụng-nước, nhưng hỗn hợp nước ethylene glycol-, đặc biệt khi độ pH trôi xuống dưới 7,0 hoặc xảy ra ô nhiễm clorua, có thể gây ra hiện tượng ăn mòn rỗ ở 304 qua-thời gian sử dụng nhiều năm. 316L thêm molypden vào hợp kim, chất này đặc biệt chống lại cơ chế rỗ này. Đối với hệ thống pin dự kiến ​​hoạt động 10+ năm, 316L là thông số kỹ thuật chính xác và chênh lệch chi phí là không đáng kể so với tổng chi phí hệ thống.

Câu hỏi 2: Làm cách nào để biết bộ lọc của tôi có gây sụt áp quá mức ngay cả khi nó trông sạch sẽ hay không?

Biến dạng màn hình - do sự kiện búa nước hoặc áp suất dội ngược quá mức - có thể làm giảm diện tích mở ngay cả khi nhìn bề ngoài lưới có vẻ sạch sẽ. Nếu chênh lệch áp suất vẫn tăng sau khi vệ sinh, hãy tháo màn hình và đưa nó ra ánh sáng. Các phần lưới bị biến dạng hoặc bị sập sẽ được nhìn thấy rõ ràng. Thay màn hình; đừng cố gắng định hình lại nó.

Câu 3: Nên lắp bộ lọc chữ Y với chân lưới hướng xuống hay sang một bên?

Luôn lắp đặt với túi lưới (nhánh góc) hướng xuống dưới hoặc nghiêng xuống. Điều này cho phép các mảnh vụn bị giữ lại lắng xuống túi bằng trọng lực thay vì-đi vào lại dòng chảy. Lắp đặt theo chiều ngang với túi hướng lên trên là lỗi lắp đặt phổ biến nhất và làm giảm đáng kể hiệu quả lọc hiệu quả.

Câu hỏi 4: Tôi có cần bộ lọc trên cả đường cấp và đường hồi của vòng làm mát không?

Đối với hầu hết các ứng dụng làm mát pin, một bộ lọc duy nhất trên đường cung cấp - ngược dòng đầu vào tấm lạnh - là đủ. Việc lắp đặt trên đường hồi lưu cũng cung cấp khả năng bảo vệ bổ sung cho máy bơm và được khuyên dùng trong các môi trường-ô nhiễm cao (xe điện-ngoài đường, thiết bị khai thác mỏ, ESS công nghiệp). Nếu ngân sách chỉ cho phép một chiếc, hãy bảo vệ tấm lạnh của pin: đặt nó ở phía nguồn cung cấp.

Câu hỏi 5: Phạm vi pH của chất làm mát giúp bộ lọc bằng thép không gỉ và phần còn lại của vòng lặp luôn ở tình trạng tốt?

Duy trì độ pH của chất làm mát trong khoảng từ 7,0 đến 8,5. Dưới 7,0, điều kiện axit làm tăng tốc độ ăn mòn nhôm và tăng tải lượng hạt. Trên 9,0, một số gói chất ức chế bị hỏng và có thể đọng cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt. Kiểm tra độ pH hàng quý trong các hệ thống đang hoạt động và thay chất làm mát khi độ pH nằm ngoài phạm vi này bất kể thời gian bảo trì đã trôi qua.