中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月24日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦，200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十一屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在杭州洲際酒店召開。此次大會(huì)主題是“堅(jiān)守儲(chǔ)能安全底線，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的718家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1952位嘉賓參加了本屆大會(huì)，其中88家企業(yè)展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品。
在5月25日下午的“儲(chǔ)能電池技術(shù)與應(yīng)用”專場(chǎng)，廣州高瀾節(jié)能技術(shù)股份有限公司研發(fā)經(jīng)理朱冰分享了主題報(bào)告《電池儲(chǔ)能裝置中的液冷系統(tǒng)淺析》。經(jīng)演講人本人授權(quán)同意，小編整理了演講速記，并將速記內(nèi)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(gè)簡(jiǎn)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(shù)，從最早的SVG、SVC的交流輸配電熱管理技術(shù)開始，到高壓直流的冷卻系統(tǒng)，后來又做到風(fēng)電、光伏、等新能源領(lǐng)域，到現(xiàn)在為止開始逐步踏入一些新的領(lǐng)域。近幾年，為了擴(kuò)展新的方向，公司開始在儲(chǔ)能，IDC，新能源汽車三個(gè)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(chǎng)景熱管理技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化”，同時(shí)也有相應(yīng)的專利，參與了很多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定跟相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的參與。
公司總部在廣州，同時(shí)下設(shè)了兩個(gè)生產(chǎn)基地，一個(gè)生產(chǎn)基地在岳陽，一個(gè)生產(chǎn)基地在東莞。同時(shí)在國(guó)內(nèi)分了四個(gè)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(wù)領(lǐng)域的分布，首先是在主領(lǐng)域-電力電子熱管理領(lǐng)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(wù)方向，這個(gè)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(tái)、軌道交通、石油天然氣等。第二個(gè)是信息與通信熱管理方向，主要是數(shù)據(jù)中心、超算等等。第三個(gè)是車載新能源部分，包括汽車方面的整個(gè)熱管理系統(tǒng)。第四個(gè)是綜合能源管理部分，綜合能源管理部分包括儲(chǔ)能、蓄能、空壓機(jī)節(jié)能等。最后是一個(gè)特種行業(yè)，主要包括軍工和國(guó)防、醫(yī)療科技項(xiàng)目方面。
目前高瀾的產(chǎn)品分布了全球6大洲，30多個(gè)國(guó)家或地區(qū)，報(bào)告英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)等歐美國(guó)家。
回到儲(chǔ)能系統(tǒng)，液冷跟早期我們?cè)谥饕獌?chǔ)能系統(tǒng)上應(yīng)用的風(fēng)冷是有些區(qū)別的，重點(diǎn)在三個(gè)方面，第一個(gè)是換熱效率方面，我們從一些研究中可以看到，儲(chǔ)能的液冷要在總體的換熱能力上優(yōu)于風(fēng)冷系統(tǒng)。正常來說，一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)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(fēng)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(fēng)冷系統(tǒng)能夠更好地帶走熱量。從這個(gè)角度來說，更利于整個(gè)系統(tǒng)的溫度控制。同時(shí)它也意味著可以用一個(gè)相對(duì)高的溫度吸收相應(yīng)的熱量，這就可以產(chǎn)生一定的節(jié)能效果。很大程度上來說，風(fēng)冷是需要維持一個(gè)很低的溫度的。
第二點(diǎn)是在整個(gè)換熱效率上來說，對(duì)于整個(gè)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(fēng)冷系統(tǒng)相對(duì)較低，一般是零點(diǎn)幾。這個(gè)事情就意味著對(duì)于后期在儲(chǔ)能行業(yè)中，如果有快速充電的應(yīng)用，包括2C、3C甚至以上應(yīng)用的時(shí)候，液冷系統(tǒng)將更適合于這樣的場(chǎng)景。同時(shí)也意味著液冷系統(tǒng)能夠保證整個(gè)儲(chǔ)能的電池模塊處于一個(gè)更低的溫差條件下。從目前最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)來看，風(fēng)冷系統(tǒng)基本上能維持在一個(gè)正負(fù)4度的環(huán)境下，液冷系統(tǒng)現(xiàn)在做下來的實(shí)驗(yàn)大概在1.5度左右，這是實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)。從目前實(shí)際的項(xiàng)目應(yīng)用來看，大規(guī)模的液冷總體的應(yīng)用目前還不多，大量的還是樣機(jī)的階段，后續(xù)還是需要進(jìn)一步再看實(shí)際的情況。
除了換熱能力的提升之外，相對(duì)來說液冷系統(tǒng)更主要的是可靠性的問題，因?yàn)轱L(fēng)冷系統(tǒng)存在很大的弊端，它的部件多，每個(gè)模塊上都設(shè)置有相應(yīng)的風(fēng)機(jī)。這樣就導(dǎo)致很尷尬的事情，隨著部件的提升，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性是逐步下降的，液冷系統(tǒng)相對(duì)來說整個(gè)部件會(huì)比風(fēng)冷系統(tǒng)少很多，所以它的總體可靠性，應(yīng)該是優(yōu)于整個(gè)風(fēng)冷系統(tǒng)的。
第三點(diǎn)是整個(gè)液冷系統(tǒng)的體積，隨著儲(chǔ)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(gè)成本相對(duì)風(fēng)冷系統(tǒng)會(huì)有很大的降低。目前來說，在分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)上，如果做到了5MW以上，液冷系統(tǒng)的成本會(huì)比整個(gè)風(fēng)冷系統(tǒng)有一定降低的。這是整個(gè)液冷相對(duì)于風(fēng)冷的大概比較。
后面簡(jiǎn)述一下整個(gè)構(gòu)成，液冷系的構(gòu)成有三部分，第一個(gè)是電池液冷板，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，這個(gè)液冷板相當(dāng)于一個(gè)原件，在開始設(shè)計(jì)的時(shí)候就需要一起設(shè)計(jì)出來。第二個(gè)是配水管路線，后面會(huì)詳細(xì)講到配水管路線的問題。第三個(gè)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(yīng)的壓縮機(jī)。
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(shè)計(jì)，三維仿真設(shè)計(jì)，主要是對(duì)冷板類的，包括整個(gè)系統(tǒng)類的流程，包括環(huán)境，包括風(fēng)場(chǎng)這塊做總體的模擬。一維仿真主要是對(duì)管路系統(tǒng)和配水部分，做總體的仿真模擬。同時(shí)最后也能做一些單板的開發(fā)，因?yàn)檫@是控制器件。
同時(shí)具備相應(yīng)的一站式液冷系統(tǒng)綜合解決方案，相對(duì)來說整個(gè)液冷系統(tǒng)的關(guān)鍵部分就是這三塊，一個(gè)是吸熱部件，一個(gè)是中間傳導(dǎo)部件，還有一個(gè)是風(fēng)冷部件，這樣形成一個(gè)簡(jiǎn)單的回路。
講一下整個(gè)仿真設(shè)計(jì)能力，首先是結(jié)構(gòu)應(yīng)力、抗沖擊振動(dòng)等仿真，這塊有一些儲(chǔ)能裝置中是不太體現(xiàn)的，主要應(yīng)用是在分布式的集裝箱式的或者是預(yù)置倉式的，很大情況下需要做一些結(jié)構(gòu)的計(jì)算。第二塊比較重要，是對(duì)部件級(jí)的溫升、壓力、流速等進(jìn)行仿真，可以看到中間這張圖的仿真不是針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的，這是我們做一些充電樁式的仿真，但是結(jié)構(gòu)跟目前整個(gè)儲(chǔ)能的大致結(jié)構(gòu)基本相當(dāng)，它整個(gè)從上到下冷板的配部和主管路、分管路的流程。最后一個(gè)是做總體的風(fēng)冷式的仿真，在整個(gè)儲(chǔ)能領(lǐng)域里面需要很強(qiáng)的仿真能力，目前高瀾可以完成相應(yīng)的工作。
后面是其中一個(gè)關(guān)鍵部件，就是電池Pack開發(fā)，目前我們?cè)谡麄€(gè)市場(chǎng)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?yàn)槲覀兺瑫r(shí)有一家分公司在做相應(yīng)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(gè)流程是從方案制定到仿真計(jì)算到結(jié)果分析，一直到樣品驗(yàn)證的整個(gè)過程。現(xiàn)在開始適用于不同的電池液冷包的結(jié)構(gòu)，還有相應(yīng)的冷板結(jié)構(gòu)，做一個(gè)大致的說明。包括最后是一個(gè)PTC集成，加熱塊的部件。
第二個(gè)關(guān)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(gè)液冷系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。高瀾在這一塊，因?yàn)槲覀冊(cè)谥绷飨到y(tǒng)上有大量的快速接頭的應(yīng)用，這個(gè)要保證絕緣性、耐壓以及密封性和可靠性，所以已經(jīng)形成了一系列的專利產(chǎn)品，包括金屬的、塑料管的、金屬波紋等等整個(gè)一系列的產(chǎn)品，以及中間相應(yīng)的管路分配的總體情況。
這是近期做的電站式儲(chǔ)能系統(tǒng)的總體液冷方案，可以看到在整個(gè)電站式儲(chǔ)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(gè)流體連接單元，以及戶外的換熱單元，這樣一個(gè)大致的系統(tǒng)構(gòu)成。
這張是分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)，應(yīng)用于集裝箱式的儲(chǔ)能系統(tǒng)大致的情況，主要是電池簇以及相應(yīng)的儲(chǔ)能液冷機(jī)柜，這些系統(tǒng)基本上目前是裝在預(yù)制倉里面的。正常來說我們可以做到一個(gè)儲(chǔ)能柜帶18個(gè)以上的電池簇，散熱量能達(dá)到72個(gè)千瓦左右，這是制冷量。
目前困擾整個(gè)液冷系統(tǒng)的幾個(gè)大的問題，第一個(gè)問題是管路流阻分配問題，我們知道在整個(gè)液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)中，我們有大量的Pack在整個(gè)系統(tǒng)中分布，這個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)動(dòng)力源，就基本上是泵站。但是現(xiàn)在存在一個(gè)問題，我們的配水管路，如何能保證每一個(gè)Pack都得到相應(yīng)的流量，同時(shí)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(shí)第三個(gè)問題是如何保證在其中某一點(diǎn)發(fā)生了突變的情況下，我們?nèi)绾窝杆俚亟鉀Q這個(gè)問題，這可能是后期整個(gè)配水這塊，或者是整個(gè)管路流轉(zhuǎn)這一塊需要解決的問題。因?yàn)楝F(xiàn)在我們能夠做到的是在預(yù)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(dá)到。但是當(dāng)流量某一點(diǎn)發(fā)生突變的時(shí)候，很可能沒有辦法進(jìn)行單獨(dú)的控制，這一塊是直接影響到整個(gè)儲(chǔ)能可靠性的一個(gè)比較大的問題，也是后期整個(gè)液冷一個(gè)重要的方向。
第二個(gè)是整個(gè)制冷系統(tǒng)的匹配性問題，制冷機(jī)組應(yīng)用于儲(chǔ)能的場(chǎng)景，存在兩個(gè)問題，因?yàn)檎５闹评湎到y(tǒng)，我們都知道是十二進(jìn)七出的溫度系統(tǒng)，存在的問題是，現(xiàn)在儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際的問題，我們現(xiàn)在看下來，液冷系統(tǒng)實(shí)際的溫度，進(jìn)出溫在25-30度之間，這首先蒸發(fā)氣是一個(gè)設(shè)計(jì)匹配性問題。我們的冷熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是比較高的溫度環(huán)境下，所以在一個(gè)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(gè)是整個(gè)系統(tǒng)安裝便捷性的問題，因?yàn)橐豪湎到y(tǒng)存在管路上一些分布的事情，導(dǎo)致我們?cè)诎惭b過程中發(fā)生了一個(gè)很尷尬的事情，就是大量的氣體可能積壓在整個(gè)Pack包內(nèi)，沒有辦法排出，從而影響整個(gè)性能。這個(gè)安裝很長(zhǎng)時(shí)間之內(nèi)，采用的是很簡(jiǎn)單的方式，就是我一直在供水，不停循環(huán)，而不加負(fù)載熱量。其實(shí)這個(gè)是需要改進(jìn)的，后期這個(gè)改進(jìn)的方向，它的整個(gè)安裝連續(xù)能不能像風(fēng)冷一樣裝上就能用，這是我們需要解決的問題。
第四個(gè)是整個(gè)系統(tǒng)總體安全性的問題，液冷系統(tǒng)在整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)中是由液體進(jìn)入的。但是任何一個(gè)液體對(duì)于整個(gè)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(gè)比較危險(xiǎn)的狀態(tài)，所以如何保證我的整個(gè)液體不與我的電池發(fā)生接觸，整個(gè)的系統(tǒng)安全性，包括泄露方面，包括在整個(gè)運(yùn)行條件下發(fā)生問題的時(shí)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(gè)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(dá)到多少度，我們整個(gè)冷卻系統(tǒng)都是需要開壓縮機(jī)。這塊也需要后期做一個(gè)延展性拓展。
這是目前主要的項(xiàng)目和主要的機(jī)型，這些機(jī)型應(yīng)用在分布式儲(chǔ)能電站、集中式儲(chǔ)能電站中的機(jī)型。
我大概就講這些，歡迎大家跟我交流！謝謝！
