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直击储能大会|理士皮雳:“双碳”下电化学储能在 5G 通讯及储能领域的应用

作者:中国储能网新闻中心 来源:数字储能网 发布时间:2022-09-19 浏览:

中国储能网讯:第十二届中国国际储能大会演讲速记如下:

皮雳:很高兴今天与在座的各位行业的专家一起交流安徽理士在储能领域一些想法和探讨。

在我们最近几年关于各种电化学储能领域与市场的对接过程当中,我们经常遇到一些问题,不管是国内还是海外的。从工业备电到数据中心的备电甚至到各种基站的备电,很多客户都希望能够通过更小的体积得到更大的备电市场甚至是功率。都希望通过锂电池技术或者是很多电化学技术来实现他们的目的。这个基础我们分析判断也是因为整个全球的电气化和数字化发展的速度,对整个电池储能或者电化学储能的牵引。

我们认为通过新的锂电技术的解决方案,的确都有可能实现。我们重点研究了数据中心当中的一些应用场景,因为对理士国企来说,我们在过往的20年的铅酸经营业务中,在整个数据中心有更多的积累,利于我们和行业中优秀的数据中心的设备制造商和技术方案商进行沟通。我今天是以数据中心的技术应用作为切入点。

安全性对于整个数据中心来说是一个头等大事,从整个的应用上、容量的规划、安全管理是我们重要考量的核心。还有便捷的人工维护,还有能源的利用效率、机房系统设备的兼容性和匹配性。

我们对整个数据中心的备电的应用领域进行分析后发现,在整个数据中心的备电的应用过程当中,一次性投入里面有个成本,有个不同的占比。传统的铅酸占比是在70%到85%之间,而锂电是在50%到80%之间。从管理系统上来说,铅酸是不需要的,而锂电池是需要配备管理系统。但同时如果说我整个设备需要的备电时长越长,整个管理系统的成本分摊将会越低。剩下就是备件系统,还有人工的运输、安装、维护的成本。

对于整个类似于数据中心这种应用场景的电芯选择上,我们也做了一些研究和实验测试。从目前来说,主流的锂电池技术路线如果从工艺上划分,可以分卷绕和叠片,各有各的优势。卷绕合格率更高,成本更低,叠片合格率稍微低一点,成本稍高一点,但是组合成电芯以后,叠片工艺的电芯具有更好的高温性能或者说备充备放的性能。从市场上主流的三种电芯来说,分为铝壳,有圆柱和软包,绝大多数的铝壳电芯是采用卷绕工艺,对整个市场的电芯的制作工艺进行了解以后,包括整个上游产业链相关的材料辅助体系了解以后,我们发现一个很尴尬的事情,因为电动汽车是整个储能领域发展的排头兵,也是因为电动汽车的发展才有了今天整个锂电池或者说新型储能行业的快速发展的牵引。但是我们很尴尬地发现,因为为了现在中上游的主流的材料厂商他们主要的客户群体最具话语权还是各大车厂,不管是从设备匹配上或者从他们标准产品的推出上,更适应于电动汽车高电压低电流的应用需求,而对于整个储能领域来说,这块就比较尴尬。第一,现有的材料供应状况上游来说,不具备大规模、标准化的供应符合储能需求的材料。比如举一个例子,正负极里面用的铜箔和铝箔,在其他材料不变的情况下,采用叠片工艺的电芯在充放电的时候,整个温升的差值在6到7度,对于储能来说大家都知道整个锂电池的安全管理就是对温度的管理,当铜箔从8降到4.5的时候,我们不知道在未来做各种储能设施和储能电站的时候,甚至是大备率高功率输出的数据中心用的锂电池的时候,我们的电芯的合适材料成本如何去优化和控制?所以在这里我也想呼吁一下,一些新切入这个赛道的材料厂商是否可以考虑一下针对性的,针对储能领域,包括数据中心领域这个方兴未艾的赛道,去做一些对标性的原材料产品的开发。

圆柱电芯,目前来说在高功率相对中等容量,或者用传统的UPS领域的说法,3分钟备电5分钟备电,我们发现相对来说圆柱电芯它的温升速度和温度的可控性和安全性反而是最佳的,但是它有一个非常大的缺陷,就是在我整个PACK集成过程中,很容易产生各种虚汗等等的问题,对于整个PACK集成成本的增加幅度也是比较高的。

软包。目前市面上主流的软包生产工艺是叠片工艺,对锂电池的工业性特性和温升特性都比较高,适合于一些相对高功率,比如说15分钟备电,20分钟备电,持续大功率放电的需求。

因为储能领域关系着国计民生的各个方面,不管是家庭的户用性储能,还是源侧还是用户侧,特别是以数据中心为例,可能一场火灾或者一场储能设施的安全事故,烧掉的不仅仅是你场所内的各种设备,更重要是设备当中存储的无法衡量价值的各类数据。随着整个城市的智能化的建设,我们展望未来很有可能在五年后、十年后每个城市甚至是每一个有规模点的县镇都有可能有一个数据中心,来协同政府对于交通信息的管理。从这个角度上来说,整个储能系统的安全性的设计要求和标准应该是远远凌驾于电动汽车之上。

锂电池依靠其较高的能量密度和占地面积小,备率好的特点,现在已经开始成为电化学的主力,从3C到小动力,再到乘用车的电气化,“双碳”影响下,大型储能和高功率储能快速增长,但是锂电池的应用从它的研发面世那一天,一直到今天整个安全性和整个成本的考量是在业界同仁的不懈追求和努力的方向。我们初步把整个锂电系统的储能系统按照设计原则来说,或者按照我们公司本身的特质来说,按照本质安全和传统安全做了一个划分。所谓本质安全我们在产品设计过程当中,是我们的设计指导的底线,是必须满足的。传统安全是一种预防手段,我们认为在本质安全的角度上来说,该具备的设计标准是不能有丝毫的折扣。而传统安全可以通过本质要求的设计标准化,包括员工操作的标准化,管理的标准化,来辅助做适当的成本降低。我们把整个电芯的热失控和外部电火花的抑制,从电芯工艺的选择、电芯材料的选择到整个模组的安全电气结构的设计,这都是要形成一个标准的安全设计规范,要不打折扣的完成。至于后面的热失控扩散、模组燃烧的抑制性的手段或者是阻燃手段,我相信在前面做好的话,后面可以降低和减少很多东西。比如举一个简单的例子,现在有很多是采用消防级,是一个预防灾害扩大的手段,属于传统安全的设计。但是我在电池电芯的隔膜选择上,能够用陶瓷隔膜,能够在市场承担认可的情况下采用陶瓷隔膜是否会更好一些?当我仅仅是单体电芯发生了一些异常,可能自己就终止了灾害的继续延伸。

高功率电芯选型对我们来说,现在主要是推23到27安的叠片式的软包,主要是希望成模组以后,希望达到一个技术标准,就是在整个模组箱内任意一点的温升的差值,不超过5度,尽量实现整个模组级别的系统内的电芯的热均衡一致性,延长整个系统的寿命和安全性。

这是我们一些工艺。比如说通过缝隙间填充导热硅胶做一个绝热隔氧的处理等等。这是方形电芯模组的一个简单的结构设计。对于模组类整个温度控制是40度风冷启动,35度关闭。这是自己开发的一个BMS,区别于目前市场上所谓的三级架构,我们采用的是主控一体的模式,因为我们在整个高压系统当中实现的一个设计理念,就是当万一我的系统出现问题的时候,我可以瞬间把整个系统从高压分割为低压,比如说48的模组或者51.2的模块,各自独立存在,这样第一可以有效隔绝整个灾害的延伸,第二可以保障出现事故的时候操作人员的安全。可以同时支持36路的电压的采集和36度的温度采集,目前能够做到每一串有独立的电压采集和温度采集,可以确保每个模组内做到每个电芯的实时监控。

在模组内除了电芯温度预警包括一些消防的手段和设施的组成。整个设计理念就希望整个系统设备,当在外部断电的时候,能够有效地给到客户动力支撑满足客户的各种需求。这是我们整个针对数据中心BMS包括整个系统开发的各种模块,其中有一个独有的服从管理电路,因为服从管理电路从现阶段来说,主要是解决一些老式的设备,原来是铅酸的设备,考虑成本,客户无法针对锂电的特点进行设备更换的时候满足需求,主要是集成了应对铅酸特性的管理电路。

这是整个的界面。BMS的界面,这是整个主控一体BMS的实物图,主控一体设计支持两路看通信,包括两路看节点。同时支持4路继电器的接入,每路都可以独立控制,灵活组网,这也是实现能够快速从高压切换成安全低压的一个最重要的手段和设计。这是我们组成系统的网络,通过一种串并联的方式,采用神经网络的管控手段,实现整个系统远程可监控可操控。我们认为如果说有具备条件的客户,能够将数据中心的备电和部分的光伏太阳能甚至是峰谷调频相结合起来,能够创造和带来的价值将会更大。

就说这些,谢谢。

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关键字:理士 电化学储能 储能大会

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