[干货]一文了解储能集装箱管道设计方法和案例分析
液冷式预制舱储能系统冷却液回路如图1所示。冷却液通过液冷机组水泵加压进入液冷管路，流至电池包内液冷板，与电池热交换，再通过液冷管路回流至液冷机组。液冷机组将热量排出预制舱。
液冷式预制舱储能系统冷却液回路
管路排布方式设计
储能预制舱含多个电池簇，电池簇含多个电池包。为使电池包冷却液流量均匀，本文提出并联式液冷管路排布方案，即电池簇管路并联，单电池簇内各电池包管路也并联，如图3所示。
图3 液冷管路并联结构
管路流量设计
节流孔孔径设计
为了保证各电池包流量均衡，避免下层电池包流量不足，本文采用变径管路设计。为减少设计制造成本，管路一般采用标准化管路，变径的思路在于采用节流三通，即图4所示的不同层次电池包三通采用不同的内径。三通内径按如下方法确定。
图4 节流三通设计方案
均衡流量的本质是使冷却液到达不同电池包的压力损失相同。冷却液流过管路产生的压力损失包括沿程损失、截面缩小损失和扩大损失。对于不同层次电池包而言，沿程损失的差异为冷却液在垂直方向上的路程差异；截面缩小和扩大损失为流经三通的损失，既存在于垂直方向，也存在于水平方向。
式(10)中的变量为管路与三通内径。由于采用标准管路，管路内径可先确定，因此式(10)的变量为三通内径。进一步的，为避免三通尺寸过多，三通垂直方向出入口内径可保持一致，则式(10)的变量仅为顶部与底部三通的水平方向出口内径。在设计顶部与底部三通的水平方向出口内径后，其他层级电池包对应的三通水平方向出口内径，从上往下递增。
本文以某海岛微电网1 MW/2 MWh预制舱储能系统为例。该储能系统结构如图5所示，电池舱主要参数如下：电池额定容量为280 Ah，额定电压3.2 V，最大充放电倍率0.5 C，电池长、宽、高分别为174、68、207 mm；单电池包含3排共33个电池，电池包长、宽、高分别为1 060、640、230 mm；单电池簇含7个电池包。该系统共有10个电池簇，在热管理上划分为2个子系统，每个子系统含5个电池簇，液冷回路独立设置。
首先计算管路流量。冷却液水乙二醇的比热容c为3.3 kJ/(kg·℃)，密度为1 071 kg/m3；冷却液允许温升ΔTrise取2 ℃。计算得到电池包支管路流量要求Qpack为3.4 L/min，通过式(4)可计算电池簇和主管路的流量要求。主管路流量要求为至少120 L/min。
在计算节流三通孔径时，管路采用标准管路，主管路、电池簇支管路、电池包支管路内径分别选取为32、16、12 mm，三通垂直方向出入口内径选取为14 mm；水乙二醇粘度μ为0.003 94 Pa·s，每段电池簇支管路长度l为280 mm。通过计算，当底部三通水平方向出口内径选取为10 mm，计算得到顶部三通水平方向出口内径为5.6 mm。因此，三通水平方向出口内径应从5.6 mm到10 mm递增。
