中国储能网欢迎您!     主管/主办:中国化学与物理电源行业协会储能应用分会
让你掌握储能产业最新动态!
当前位置: 首页  > 液冷储能系统  返回

高澜节能朱冰:电池储能装置中的液冷系统浅析

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2021-11-18 浏览:

中国储能网讯:5月24日,由中国化学与物理电源行业协会主办,200余家机构共同支持的第十一届中国国际储能大会在杭州洲际酒店召开。此次大会主题是“坚守储能安全底线,推动产业创新发展”。来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的718家产业链企业,1952位嘉宾参加了本届大会,其中88家企业展示了储能产品。

在5月25日下午的“储能电池技术与应用”专场,广州高澜节能技术股份有限公司研发经理朱冰分享了主题报告《电池储能装置中的液冷系统浅析》。经演讲人本人授权同意,小编整理了演讲速记,并将速记内容分享如下:

朱冰:各位来宾好!今天我代表我们公司来做一个简单的讲解。高澜股份成立于2001年,今年刚刚是整整20年,2016年创业板上市。我们主要做的是热管理技术,从最早的SVG、SVC的交流输配电热管理技术开始,到高压直流的冷却系统,后来又做到风电、光伏、等新能源领域,到现在为止开始逐步踏入一些新的领域。近几年,为了扩展新的方向,公司开始在储能,IDC,新能源汽车三个方向上,开始做一些突破。

从这里可以看出来,我们围绕高澜企业使命“聚焦全场景热管理技术创新和产业化”,同时也有相应的专利,参与了很多国家标准的制定跟相应标准的参与。

公司总部在广州,同时下设了两个生产基地,一个生产基地在岳阳,一个生产基地在东莞。同时在国内分了四个区域,北京分公司、西安办事处、上海办事处、广州办事处。

这里可以看到我们业务领域的分布,首先是在主领域-电力电子热管理领域,这是高澜从开始阶段一直延续到现在的主要业务方向,这个方向主要包括了刚才说到的新能源发电、输变电、海上平台、轨道交通、石油天然气等。第二个是信息与通信热管理方向,主要是数据中心、超算等等。第三个是车载新能源部分,包括汽车方面的整个热管理系统。第四个是综合能源管理部分,综合能源管理部分包括储能、蓄能、空压机节能等。最后是一个特种行业,主要包括军工和国防、医疗科技项目方面。

目前高澜的产品分布了全球6大洲,30多个国家或地区,报告英国、美国、法国等欧美国家。

回到储能系统,液冷跟早期我们在主要储能系统上应用的风冷是有些区别的,重点在三个方面,第一个是换热效率方面,我们从一些研究中可以看到,储能的液冷要在总体的换热能力上优于风冷系统。正常来说,一个简单的数据来显示就是它的换热系数,液冷的换热系数大概在1000到1.5万之间,风冷的换热系数只有25-100之间。换热系数的提升,意味着一件事情,就是我的液冷系统比风冷系统能够更好地带走热量。从这个角度来说,更利于整个系统的温度控制。同时它也意味着可以用一个相对高的温度吸收相应的热量,这就可以产生一定的节能效果。很大程度上来说,风冷是需要维持一个很低的温度的。

第二点是在整个换热效率上来说,对于整个发热器件表面的热流密度问题,正常来说液冷系统能够保证带走的热量密度的量,大概在0.5-10之间的数量,而风冷系统相对较低,一般是零点几。这个事情就意味着对于后期在储能行业中,如果有快速充电的应用,包括2C、3C甚至以上应用的时候,液冷系统将更适合于这样的场景。同时也意味着液冷系统能够保证整个储能的电池模块处于一个更低的温差条件下。从目前最优的实验室数据来看,风冷系统基本上能维持在一个正负4度的环境下,液冷系统现在做下来的实验大概在1.5度左右,这是实验室的数据。从目前实际的项目应用来看,大规模的液冷总体的应用目前还不多,大量的还是样机的阶段,后续还是需要进一步再看实际的情况。

除了换热能力的提升之外,相对来说液冷系统更主要的是可靠性的问题,因为风冷系统存在很大的弊端,它的部件多,每个模块上都设置有相应的风机。这样就导致很尴尬的事情,随着部件的提升,整个系统的可靠性是逐步下降的,液冷系统相对来说整个部件会比风冷系统少很多,所以它的总体可靠性,应该是优于整个风冷系统的。

第三点是整个液冷系统的体积,随着储能能量的提升,特别是大规模的5MW以上,或者到了10MW以上来说,整个成本相对风冷系统会有很大的降低。目前来说,在分布式储能系统上,如果做到了5MW以上,液冷系统的成本会比整个风冷系统有一定降低的。这是整个液冷相对于风冷的大概比较。

后面简述一下整个构成,液冷系的构成有三部分,第一个是电池液冷板,这是一个简单的示例,这个液冷板相当于一个原件,在开始设计的时候就需要一起设计出来。第二个是配水管路线,后面会详细讲到配水管路线的问题。第三个是制冷/供液系统,也就是常说的水系统泵组类,以及相应的压缩机。

我们公司总体的开发能力,从现在来看,高澜这边具备基本上所有的液冷系统的开发能力,从它的最初的一维的、三维的仿真设计,三维仿真设计,主要是对冷板类的,包括整个系统类的流程,包括环境,包括风场这块做总体的模拟。一维仿真主要是对管路系统和配水部分,做总体的仿真模拟。同时最后也能做一些单板的开发,因为这是控制器件。

同时具备相应的一站式液冷系统综合解决方案,相对来说整个液冷系统的关键部分就是这三块,一个是吸热部件,一个是中间传导部件,还有一个是风冷部件,这样形成一个简单的回路。

讲一下整个仿真设计能力,首先是结构应力、抗冲击振动等仿真,这块有一些储能装置中是不太体现的,主要应用是在分布式的集装箱式的或者是预置仓式的,很大情况下需要做一些结构的计算。第二块比较重要,是对部件级的温升、压力、流速等进行仿真,可以看到中间这张图的仿真不是针对储能系统的,这是我们做一些充电桩式的仿真,但是结构跟目前整个储能的大致结构基本相当,它整个从上到下冷板的配部和主管路、分管路的流程。最后一个是做总体的风冷式的仿真,在整个储能领域里面需要很强的仿真能力,目前高澜可以完成相应的工作。

后面是其中一个关键部件,就是电池Pack开发,目前我们在整个市场上看到的绝大多数的Pack都是电芯厂自己在做的。高澜具备一定的Pack开发能力,因为我们同时有一家分公司在做相应的车载热管理这一块,主要是从事电池Pack的开发。这块开发可以看到整个流程是从方案制定到仿真计算到结果分析,一直到样品验证的整个过程。现在开始适用于不同的电池液冷包的结构,还有相应的冷板结构,做一个大致的说明。包括最后是一个PTC集成,加热块的部件。

第二个关键器件是在流体连接单元上,我们现在看到的很多Pack的流体连接单元,承压能力是比较低的,这可能是制约整个液冷系统的关键因素。高澜在这一块,因为我们在直流系统上有大量的快速接头的应用,这个要保证绝缘性、耐压以及密封性和可靠性,所以已经形成了一系列的专利产品,包括金属的、塑料管的、金属波纹等等整个一系列的产品,以及中间相应的管路分配的总体情况。

这是近期做的电站式储能系统的总体液冷方案,可以看到在整个电站式储能系统中,我们的分布大概跟刚才一样,作为吸热器件,在电池簇中,能够吸热的所有部件,就是液冷板的组件,到后面整个流体连接单元,以及户外的换热单元,这样一个大致的系统构成。

这张是分布式储能系统,应用于集装箱式的储能系统大致的情况,主要是电池簇以及相应的储能液冷机柜,这些系统基本上目前是装在预制仓里面的。正常来说我们可以做到一个储能柜带18个以上的电池簇,散热量能达到72个千瓦左右,这是制冷量。

目前困扰整个液冷系统的几个大的问题,第一个问题是管路流阻分配问题,我们知道在整个液冷储能系统中,我们有大量的Pack在整个系统中分布,这个系统只有一个动力源,就基本上是泵站。但是现在存在一个问题,我们的配水管路,如何能保证每一个Pack都得到相应的流量,同时在流量变化的前提下,依然能够保证流量得到充分的分配。同时第三个问题是如何保证在其中某一点发生了突变的情况下,我们如何迅速地解决这个问题,这可能是后期整个配水这块,或者是整个管路流转这一块需要解决的问题。因为现在我们能够做到的是在预制阶段完成所有的流阻分配的情况,在一定流量变化下能够达到。但是当流量某一点发生突变的时候,很可能没有办法进行单独的控制,这一块是直接影响到整个储能可靠性的一个比较大的问题,也是后期整个液冷一个重要的方向。

第二个是整个制冷系统的匹配性问题,制冷机组应用于储能的场景,存在两个问题,因为正常的制冷系统,我们都知道是十二进七出的温度系统,存在的问题是,现在储能系统实际的问题,我们现在看下来,液冷系统实际的温度,进出温在25-30度之间,这首先蒸发气是一个设计匹配性问题。我们的冷热系统的设计也是比较高的温度环境下,所以在一个比较高的温度环境下,如何保证我们的制冷系统处在比较高效的COP的状态下,这是需要考虑的比较大的问题。

第三个是整个系统安装便捷性的问题,因为液冷系统存在管路上一些分布的事情,导致我们在安装过程中发生了一个很尴尬的事情,就是大量的气体可能积压在整个Pack包内,没有办法排出,从而影响整个性能。这个安装很长时间之内,采用的是很简单的方式,就是我一直在供水,不停循环,而不加负载热量。其实这个是需要改进的,后期这个改进的方向,它的整个安装连续能不能像风冷一样装上就能用,这是我们需要解决的问题。

第四个是整个系统总体安全性的问题,液冷系统在整个储能系统中是由液体进入的。但是任何一个液体对于整个液冷系统而言,一旦电池组接触到这种水以后,本身是一个比较危险的状态,所以如何保证我的整个液体不与我的电池发生接触,整个的系统安全性,包括泄露方面,包括在整个运行条件下发生问题的时候,如何解决液冷系统的问题,也是我们需要解决的方向。

最后一个是整体节能的问题,我们看到液冷系统用来制冷的部分,受到空间条件的限制,没有自然冷却的部分。无论环境温度达到多少度,我们整个冷却系统都是需要开压缩机。这块也需要后期做一个延展性拓展。

这是目前主要的项目和主要的机型,这些机型应用在分布式储能电站、集中式储能电站中的机型。

我大概就讲这些,欢迎大家跟我交流!谢谢!

分享到:

关键字:液冷系统

中国储能网版权说明:

1、凡注明来源为“中国储能网:xxx(署名)”,除与中国储能网签署内容授权协议的网站外,未经本网授权,任何单位及个人不得转载、摘编或以其它方式使用上述作品。

2、凡本网注明“来源:xxx(非中国储能网)”的作品,均转载与其他媒体,目的在于传播更多信息,但并不代表中国储能网赞同其观点、立场或证实其描述。其他媒体如需转载,请与稿件来源方联系,如产生任何版权问题与本网无关。

3、如因作品内容、版权以及引用的图片(或配图)内容仅供参考,如有涉及版权问题,可联系我们直接删除处理。请在30日内进行。

4、有关作品版权事宜请联系:13661266197、 邮箱:ly83518@126.com