中國儲能網訊：5月24日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦，200余家機構共同支持的第十一屆中國國際儲能大會在杭州洲際酒店召開。此次大會主題是“堅守儲能安全底線，推動產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。來自行業(yè)主管機構、國內外駐華機構、科研單位、電網企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構等不同領域的718家產業(yè)鏈企業(yè)，1952位嘉賓參加了本屆大會，其中88家企業(yè)展示了儲能產品。
在5月25日下午的“儲能電池技術與應用”專場，廣州高瀾節(jié)能技術股份有限公司研發(fā)經理朱冰分享了主題報告《電池儲能裝置中的液冷系統(tǒng)淺析》。經演講人本人授權同意，小編整理了演講速記，并將速記內容分享如下：
朱冰：各位來賓好！今天我代表我們公司來做一個簡單的講解。高瀾股份成立于2001年，今年剛剛是整整20年，2016年創(chuàng)業(yè)板上市。我們主要做的是熱管理技術，從最早的SVG、SVC的交流輸配電熱管理技術開始，到高壓直流的冷卻系統(tǒng)，后來又做到風電、光伏、等新能源領域，到現(xiàn)在為止開始逐步踏入一些新的領域。近幾年，為了擴展新的方向，公司開始在儲能，IDC，新能源汽車三個方向上，開始做一些突破。
從這里可以看出來，我們圍繞高瀾企業(yè)使命“聚焦全場景熱管理技術創(chuàng)新和產業(yè)化”，同時也有相應的專利，參與了很多國家標準的制定跟相應標準的參與。
公司總部在廣州，同時下設了兩個生產基地，一個生產基地在岳陽，一個生產基地在東莞。同時在國內分了四個區(qū)域，北京分公司、西安辦事處、上海辦事處、廣州辦事處。
這里可以看到我們業(yè)務領域的分布，首先是在主領域-電力電子熱管理領域，這是高瀾從開始階段一直延續(xù)到現(xiàn)在的主要業(yè)務方向，這個方向主要包括了剛才說到的新能源發(fā)電、輸變電、海上平臺、軌道交通、石油天然氣等。第二個是信息與通信熱管理方向，主要是數(shù)據中心、超算等等。第三個是車載新能源部分，包括汽車方面的整個熱管理系統(tǒng)。第四個是綜合能源管理部分，綜合能源管理部分包括儲能、蓄能、空壓機節(jié)能等。最后是一個特種行業(yè)，主要包括軍工和國防、醫(yī)療科技項目方面。
目前高瀾的產品分布了全球6大洲，30多個國家或地區(qū)，報告英國、美國、法國等歐美國家。
回到儲能系統(tǒng)，液冷跟早期我們在主要儲能系統(tǒng)上應用的風冷是有些區(qū)別的，重點在三個方面，第一個是換熱效率方面，我們從一些研究中可以看到，儲能的液冷要在總體的換熱能力上優(yōu)于風冷系統(tǒng)。正常來說，一個簡單的數(shù)據來顯示就是它的換熱系數(shù)，液冷的換熱系數(shù)大概在1000到1.5萬之間，風冷的換熱系數(shù)只有25-100之間。換熱系數(shù)的提升，意味著一件事情，就是我的液冷系統(tǒng)比風冷系統(tǒng)能夠更好地帶走熱量。從這個角度來說，更利于整個系統(tǒng)的溫度控制。同時它也意味著可以用一個相對高的溫度吸收相應的熱量，這就可以產生一定的節(jié)能效果。很大程度上來說，風冷是需要維持一個很低的溫度的。
第二點是在整個換熱效率上來說，對于整個發(fā)熱器件表面的熱流密度問題，正常來說液冷系統(tǒng)能夠保證帶走的熱量密度的量，大概在0.5-10之間的數(shù)量，而風冷系統(tǒng)相對較低，一般是零點幾。這個事情就意味著對于后期在儲能行業(yè)中，如果有快速充電的應用，包括2C、3C甚至以上應用的時候，液冷系統(tǒng)將更適合于這樣的場景。同時也意味著液冷系統(tǒng)能夠保證整個儲能的電池模塊處于一個更低的溫差條件下。從目前最優(yōu)的實驗室數(shù)據來看，風冷系統(tǒng)基本上能維持在一個正負4度的環(huán)境下，液冷系統(tǒng)現(xiàn)在做下來的實驗大概在1.5度左右，這是實驗室的數(shù)據。從目前實際的項目應用來看，大規(guī)模的液冷總體的應用目前還不多，大量的還是樣機的階段，后續(xù)還是需要進一步再看實際的情況。
除了換熱能力的提升之外，相對來說液冷系統(tǒng)更主要的是可靠性的問題，因為風冷系統(tǒng)存在很大的弊端，它的部件多，每個模塊上都設置有相應的風機。這樣就導致很尷尬的事情，隨著部件的提升，整個系統(tǒng)的可靠性是逐步下降的，液冷系統(tǒng)相對來說整個部件會比風冷系統(tǒng)少很多，所以它的總體可靠性，應該是優(yōu)于整個風冷系統(tǒng)的。
第三點是整個液冷系統(tǒng)的體積，隨著儲能能量的提升，特別是大規(guī)模的5MW以上，或者到了10MW以上來說，整個成本相對風冷系統(tǒng)會有很大的降低。目前來說，在分布式儲能系統(tǒng)上，如果做到了5MW以上，液冷系統(tǒng)的成本會比整個風冷系統(tǒng)有一定降低的。這是整個液冷相對于風冷的大概比較。
后面簡述一下整個構成，液冷系的構成有三部分，第一個是電池液冷板，這是一個簡單的示例，這個液冷板相當于一個原件，在開始設計的時候就需要一起設計出來。第二個是配水管路線，后面會詳細講到配水管路線的問題。第三個是制冷/供液系統(tǒng)，也就是常說的水系統(tǒng)泵組類，以及相應的壓縮機。
我們公司總體的開發(fā)能力，從現(xiàn)在來看，高瀾這邊具備基本上所有的液冷系統(tǒng)的開發(fā)能力，從它的最初的一維的、三維的仿真設計，三維仿真設計，主要是對冷板類的，包括整個系統(tǒng)類的流程，包括環(huán)境，包括風場這塊做總體的模擬。一維仿真主要是對管路系統(tǒng)和配水部分，做總體的仿真模擬。同時最后也能做一些單板的開發(fā)，因為這是控制器件。
同時具備相應的一站式液冷系統(tǒng)綜合解決方案，相對來說整個液冷系統(tǒng)的關鍵部分就是這三塊，一個是吸熱部件，一個是中間傳導部件，還有一個是風冷部件，這樣形成一個簡單的回路。
講一下整個仿真設計能力，首先是結構應力、抗沖擊振動等仿真，這塊有一些儲能裝置中是不太體現(xiàn)的，主要應用是在分布式的集裝箱式的或者是預置倉式的，很大情況下需要做一些結構的計算。第二塊比較重要，是對部件級的溫升、壓力、流速等進行仿真，可以看到中間這張圖的仿真不是針對儲能系統(tǒng)的，這是我們做一些充電樁式的仿真，但是結構跟目前整個儲能的大致結構基本相當，它整個從上到下冷板的配部和主管路、分管路的流程。最后一個是做總體的風冷式的仿真，在整個儲能領域里面需要很強的仿真能力，目前高瀾可以完成相應的工作。
后面是其中一個關鍵部件，就是電池Pack開發(fā)，目前我們在整個市場上看到的絕大多數(shù)的Pack都是電芯廠自己在做的。高瀾具備一定的Pack開發(fā)能力，因為我們同時有一家分公司在做相應的車載熱管理這一塊，主要是從事電池Pack的開發(fā)。這塊開發(fā)可以看到整個流程是從方案制定到仿真計算到結果分析，一直到樣品驗證的整個過程?，F(xiàn)在開始適用于不同的電池液冷包的結構，還有相應的冷板結構，做一個大致的說明。包括最后是一個PTC集成，加熱塊的部件。
第二個關鍵器件是在流體連接單元上，我們現(xiàn)在看到的很多Pack的流體連接單元，承壓能力是比較低的，這可能是制約整個液冷系統(tǒng)的關鍵因素。高瀾在這一塊，因為我們在直流系統(tǒng)上有大量的快速接頭的應用，這個要保證絕緣性、耐壓以及密封性和可靠性，所以已經形成了一系列的專利產品，包括金屬的、塑料管的、金屬波紋等等整個一系列的產品，以及中間相應的管路分配的總體情況。
這是近期做的電站式儲能系統(tǒng)的總體液冷方案，可以看到在整個電站式儲能系統(tǒng)中，我們的分布大概跟剛才一樣，作為吸熱器件，在電池簇中，能夠吸熱的所有部件，就是液冷板的組件，到后面整個流體連接單元，以及戶外的換熱單元，這樣一個大致的系統(tǒng)構成。
這張是分布式儲能系統(tǒng)，應用于集裝箱式的儲能系統(tǒng)大致的情況，主要是電池簇以及相應的儲能液冷機柜，這些系統(tǒng)基本上目前是裝在預制倉里面的。正常來說我們可以做到一個儲能柜帶18個以上的電池簇，散熱量能達到72個千瓦左右，這是制冷量。
目前困擾整個液冷系統(tǒng)的幾個大的問題，第一個問題是管路流阻分配問題，我們知道在整個液冷儲能系統(tǒng)中，我們有大量的Pack在整個系統(tǒng)中分布，這個系統(tǒng)只有一個動力源，就基本上是泵站。但是現(xiàn)在存在一個問題，我們的配水管路，如何能保證每一個Pack都得到相應的流量，同時在流量變化的前提下，依然能夠保證流量得到充分的分配。同時第三個問題是如何保證在其中某一點發(fā)生了突變的情況下，我們如何迅速地解決這個問題，這可能是后期整個配水這塊，或者是整個管路流轉這一塊需要解決的問題。因為現(xiàn)在我們能夠做到的是在預制階段完成所有的流阻分配的情況，在一定流量變化下能夠達到。但是當流量某一點發(fā)生突變的時候，很可能沒有辦法進行單獨的控制，這一塊是直接影響到整個儲能可靠性的一個比較大的問題，也是后期整個液冷一個重要的方向。
第二個是整個制冷系統(tǒng)的匹配性問題，制冷機組應用于儲能的場景，存在兩個問題，因為正常的制冷系統(tǒng)，我們都知道是十二進七出的溫度系統(tǒng)，存在的問題是，現(xiàn)在儲能系統(tǒng)實際的問題，我們現(xiàn)在看下來，液冷系統(tǒng)實際的溫度，進出溫在25-30度之間，這首先蒸發(fā)氣是一個設計匹配性問題。我們的冷熱系統(tǒng)的設計也是比較高的溫度環(huán)境下，所以在一個比較高的溫度環(huán)境下，如何保證我們的制冷系統(tǒng)處在比較高效的COP的狀態(tài)下，這是需要考慮的比較大的問題。
第三個是整個系統(tǒng)安裝便捷性的問題，因為液冷系統(tǒng)存在管路上一些分布的事情，導致我們在安裝過程中發(fā)生了一個很尷尬的事情，就是大量的氣體可能積壓在整個Pack包內，沒有辦法排出，從而影響整個性能。這個安裝很長時間之內，采用的是很簡單的方式，就是我一直在供水，不停循環(huán)，而不加負載熱量。其實這個是需要改進的，后期這個改進的方向，它的整個安裝連續(xù)能不能像風冷一樣裝上就能用，這是我們需要解決的問題。
第四個是整個系統(tǒng)總體安全性的問題，液冷系統(tǒng)在整個儲能系統(tǒng)中是由液體進入的。但是任何一個液體對于整個液冷系統(tǒng)而言，一旦電池組接觸到這種水以后，本身是一個比較危險的狀態(tài)，所以如何保證我的整個液體不與我的電池發(fā)生接觸，整個的系統(tǒng)安全性，包括泄露方面，包括在整個運行條件下發(fā)生問題的時候，如何解決液冷系統(tǒng)的問題，也是我們需要解決的方向。
最后一個是整體節(jié)能的問題，我們看到液冷系統(tǒng)用來制冷的部分，受到空間條件的限制，沒有自然冷卻的部分。無論環(huán)境溫度達到多少度，我們整個冷卻系統(tǒng)都是需要開壓縮機。這塊也需要后期做一個延展性拓展。
這是目前主要的項目和主要的機型，這些機型應用在分布式儲能電站、集中式儲能電站中的機型。
我大概就講這些，歡迎大家跟我交流！謝謝！
