Жартома кажучи, у сфері контролю температури накопичувачів енергії першим поколінням було повітряне охолодження, другим поколінням і на даний момент домінуючим було рідинне охолодження холодною пластиною, а рідинне охолодження зануренням все ще прагнуло стати третім поколінням. Несподівано з'явилося і гучно вийшло на ринок пряме охолодження, змагаючись за позицію наступника третього покоління.
Китайська індустрія зберігання енергії вступила в стадію швидкого розвитку, і безперервні технологічні інновації та синхронізація багатьох технологічних маршрутів є одним із важливих проявів цього періоду.
Зокрема, у міру того, як клітини накопичувачів енергії розвиваються до більшої ємності, системна інтеграція розвивається до більшого масштабу та вищої щільності енергії, а сценарії застосування стають більш складними та різноманітними, усі з яких висувають вищі вимоги до терміну служби, безпеки, вартості та інших факторів системи зберігання енергії. Від системної інтеграції до основних компонентів, включаючи клітини, 3S, контроль температури та протипожежний захист, технологічна ітерація триває.
Будучи ключовою ланкою в системі зберігання енергії, система контролю температури відіграє життєво важливу роль у безпеці, ефективності та терміні служби накопичувачів енергії. Загальні показники ефективності для компонентів контролю температури були підвищені, особливо враховуючи зростання попиту на такі додатки, як довгострокове зберігання енергії та високошвидкісне зберігання енергії.
Від першого покоління повітряного охолодження до нинішнього основного рідинного охолодження холодної пластини, до рідинного охолодження зануренням, яке привертає широку увагу, технологія контролю температури була багатосторонньою за останні роки, щоб постійно оптимізувати такі проблеми, як чутливість батареї до тепло і нерівномірний розподіл температури.
На початку місяця з’явилася ще одна серйозна новина: Інститут CRRC Zhuzhou разом із 14 галузевими мережевими компаніями, включаючи Invic, Hisense Network Energy, Tongfei Co., Ltd. і Midea, випустили орієнтовану на майбутнє систему потужністю 6,9 МВт·год, у якій у ланці контролю температури вперше використовувався блок прямого охолодження накопичувача енергії потужністю 12 кВт. Як тільки ця новина з'явилася, вона привернула увагу галузі.
Технологія прямого охолодження, яка спочатку використовувалася в транспортних засобах з новою енергією, з великою помпою увійшла в індустрію зберігання енергії. Лунають як голоси гучної підтримки, так і голоси заперечень.
Пряме охолодження спрямоване на контроль температури зберігання енергії 3.0?
За останні два роки глобальна встановлена потужність відновлюваної енергії стрімко зросла. Відповідно до щорічного ринкового звіту «Відновлювана енергетика 2023», опублікованого Міжнародним енергетичним агентством, у 2023 році глобальна встановлена потужність відновлюваної енергії зросте на 50% порівняно з 2022 роком, а темпи зростання встановленої потужності перевищили показники минулого. 30 років. На цьому тлі розвиток індустрії накопичення енергії започаткував усе більш широкий ринковий простір.
У той же час китайські компанії зі зберігання енергії опинилися у вирі внутрішньої циркуляції. Щоб вирватися, технологія є найважливішою конкурентоспроможністю, тоді як висока безпека, низька вартість і висока ефективність є найважливішими порогами для модернізації технології зберігання енергії.
Особливо з огляду на тенденцію до великомасштабних акумуляторних елементів і збільшення інтегрованої щільності потужності систем зберігання енергії, ефективність акумулятора та ризик перегріву стали центром уваги галузі. Серед них важливу роль відіграє система контролю температури.
Уважно дивлячись на прогрес технології контролю температури зберігання енергії, система повітряного охолодження першого покоління була простою, мала виробничі витрати та проста в установці; рідинне охолодження холодної пластини другого покоління почало використовувати рідину як теплообмінне середовище з великою теплоносною здатністю та високою ефективністю теплообміну; і занурювальне рідинне охолодження, яке все ще перебуває на ранніх стадіях розробки, має переваги в тому, що ефективно запобігає перепаду температури та екстремальну однорідність температури, але потрапило в пастку проблеми високої вартості та ще не вирішено.
У той час, коли індустрія стрімко розвивається, а технології швидко вдосконалюються, пряме охолодження раптово стало популярним. Повідомляється, що вищезазначена установка прямого охолодження накопичувача енергії потужністю 12 кВт використовує технологію прямого охолодження холодоагентом, яка зменшує втрати тепла, робить систему більш енергоефективною та знижує витрати; в той же час, він приймає конструкцію, яка не вимагає циркуляції води, і ризик витоку «нульовий». Пристрій менший за розміром і має нижчий рівень шуму, а також може забезпечити більшу потужність охолодження в обмеженому просторі, що відповідає тенденції розвитку збільшення щільності енергії систем зберігання енергії та зменшення доступного простору.
Деякі компанії ланцюга постачання заявили, що технологія контролю температури прямого охолодження забезпечить більше можливостей і напрямків для розвитку індустрії накопичення енергії та, як очікується, стане основною тенденцією розвитку в галузі управління температурою зберігання енергії в майбутньому.
Деякі компанії прямо заявляють, що оскільки тепло, що виділяється елементами батареї, недостатньо концентроване, а тепло, що виділяється на одиницю площі, не дуже велике, для вирішення проблеми немає потреби в технології охолодження високої інтенсивності теплопередачі, такій як пряме охолодження. .
Що таке пряме охолодження? Згідно з загальнодоступною інформацією, пряме охолодження — це мінімалістська конструкція охолодження, яка не потребує циркуляції води, що дозволяє холодоагенту безпосередньо охолоджувати елемент батареї через фторну холодну пластину та швидко відводити вироблене тепло через теплообмін.
В даний час більш поширеними технологіями контролю температури є в основному повітряне охолодження та рідинне охолодження холодної пластини, а занурювальне рідинне охолодження все ще знаходиться на ранніх стадіях розробки. Серед чотирьох технологій контролю температури, наведених у таблиці вище, за винятком повітряного охолодження, яке використовує повітря як охолоджуюче середовище, рідинне охолодження холодною пластиною, рідинне охолодження зануренням і пряме охолодження використовують рідину.
Серед трьох технологій рідинного охолодження лише занурювальне охолодження використовує прямий контакт шляхом занурення елементів батареї безпосередньо в занурювальну рідину без будь-якої теплопередачі між ними. Як рідинне охолодження холодної пластини, так і пряме охолодження використовують непрямий контакт.
З конструктивної точки зору пряме охолодження та рідинне охолодження холодною пластиною досить схожі. Інсайдери галузі сказали, що традиційна технологія рідинного охолодження холодної пластини розсіює тепло до нижньої частини батареї шляхом введення холодної води в пластину рідинного охолодження, тоді як пряме охолодження замінює воду в рідинному охолодженні холодної пластини холодоагентом, який потім використовується для охолодіть елемент батареї через пластину для охолодження фтору.
Однак, хоча форми подібні, принципи теплообміну цих двох технологій не зовсім однакові.
При прямому охолодженні, з одного боку, використовується теплообмін різниці температур. Оскільки температура холодоагенту відносно низька, а сам холодоагент має питому теплоємність набагато більшу, ніж у води, можна досягти вищої ефективності теплообміну. З іншого боку, пряме охолодження також використовує принцип поглинання тепла від випаровування, поглинаючи навколишнє тепло шляхом перетворення холодоагенту з рідини на газ.
З цього приводу деякі інсайдери галузі пояснили, що «високий зв’язок системи охолодження батареї з системою кондиціонування повітря еквівалентний розміщенню випарника в системі кондиціонування повітря безпосередньо в акумуляторній батареї».
Можна побачити, що кількість тепла, яку можна видалити прямим охолодженням у цьому методі подвійного теплообміну, набагато більша, ніж у рідинного охолодження холодною пластиною, яке просто залежить від теплообміну різниці температур. Чудова теплообмінна здатність і загальна ефективність машини роблять пряме охолодження значним ринковим простором у сфері зберігання енергії.
Насправді ідея застосування технології контролю температури прямого охолодження в галузі накопичення енергії була запропонована протягом тривалого часу, але відповідні продукти та застосування відносно рідкісні, навіть у нових дослідницьких програмах. Причина полягає в тому, що технологія прямого охолодження все ще має багато проблем, які не вдалося вирішити.
У просуванні продуктів з прямим контролем температури охолодження безпека часто ставиться на дуже важливе місце. Повідомляється, що після витоку холодоагент автоматично випаровується в газ, зводячи ризик витоку до нуля, і може ефективно уникнути електричних коротких замикань і перегріву, спричинених витоком звичайних охолоджуючих засобів.
Варто відзначити, що система прямого охолодження стикається з більшою інтенсивністю тиску. З одного боку, тиск фтору набагато більший, ніж тиск води. Тиск води становить лише кілька кілограмів, але тиск фтору на десятки кілограмів вище; з іншого боку, тиск випаровування холодоагенту зазвичай досягає 3-4 атмосфер, тоді як робочий тиск пластини рідинного охолодження зазвичай знаходиться в межах 1,3 атмосфери.
Таким чином, пряме охолодження значно підвищить вимоги до міцності холодної плити, з’єднань і трубопроводів. Наприклад, звичайні нейлонові труби взагалі не витримують такого тиску. Рівень опору тиску пластини прямого охолодження має бути принаймні в 4 рази більшим за тиск випаровування.
Крім того, пряме охолодження має набагато вищі вимоги до герметизації холодної пластини, ніж традиційне рідинне охолодження.
Усі ці фактори дуже ускладнять компаніям ланцюга постачання ітерацію своєї технології, і відповідно зросте вартість деталей. З точки зору керування системою, пряме охолодження також є більш складним, оскільки необхідно враховувати розподіл потоку між різними PACK, контроль температури випаровування та дизайн каналу потоку холодної пластини тощо.
Взявши, наприклад, дизайн напряму потоку холодоагенту в пластині прямого охолодження, акумуляторна батарея повинна не тільки забезпечувати роботу елементів батареї при прийнятній температурі, але й контролювати різницю температур між різними модулями. Як правило, різниця температур елементів батареї повинна бути не більше 5 градусів. Тому особливо важливо забезпечити рівномірну температуру самої холодної пластини акумулятора. Таким чином, оптимізація напрямку потоку холодоагенту в пластині прямого охолодження та покращення рівномірності температури батареї накопичення енергії є труднощами, які має подолати система прямого охолодження.
Можна побачити, що існує ще багато проблем для дійсного застосування технології прямого охолодження в області накопичення енергії, і знадобиться багато часу для досягнення широкомасштабного застосування.