Skämtsamt talat, inom området för temperaturreglering av energilagring, var den första generationen luftkylning, den andra generationen och för närvarande den dominerande var kallplattvätskekylning, och nedsänkningsvätskekylning strävade fortfarande efter att bli den tredje generationen. Plötsligt dök direktkylning upp och kom in på marknaden på ett högprofilerat sätt och konkurrerade om positionen som tredje generationens efterträdare.
Kinas energilagringsindustri har gått in i ett skede av snabb utveckling, och kontinuerlig teknisk innovation och synkronisering av flera tekniska rutter är en av de viktiga manifestationerna av denna period.
I synnerhet när energilagringsceller utvecklas mot större kapacitet, utvecklas systemintegration mot större skala och högre energitäthet, och tillämpningsscenarier blir mer komplexa och mångsidiga, vilket alla ställer högre krav på livslängd, säkerhet, kostnad och andra faktorer för energilagringssystem. Från systemintegration till kärnkomponenter inklusive celler, 3S, temperaturkontroll och brandskydd fortsätter teknikiterationen.
Som en nyckellänk i energilagringssystemet spelar temperaturkontrollsystemet en viktig roll för säkerheten, effektiviteten och livslängden för energilagring. Speciellt med den ökande efterfrågan på applikationer som långvarig energilagring och höghastighetsenergilagring har de övergripande prestandaindikatorerna för temperaturkontrollkomponenter höjts.
Från den första generationen av luftkylning, till den nuvarande vanliga vätskekylningen av kylplattor, till nedsänkningsvätskekylningen som får stor uppmärksamhet, har temperaturkontrolltekniken varit mångsidig under de senaste åren för att kontinuerligt optimera frågor som batteriets känslighet för värme och ojämn temperaturfördelning.
I början av månaden kom ytterligare en stor nyhet: CRRC Zhuzhou Institute, tillsammans med 14 industrikedjeföretag inklusive Invic, Hisense Network Energy, Tongfei Co., Ltd. och Midea, släppte ett framtidsinriktat 6,9MWh-system, där temperaturkontrolllänken använde för första gången en 12kW energilagringsenhet för direktkylning. Så fort den här nyheten kom ut väckte den branschens uppmärksamhet.
Tekniken för direktkylning, som ursprungligen användes inom området för nya energifordon, har tagit sig in i energilagringsbranschen med stor fanfar. Det finns röster av högprofilerat stöd, såväl som röster av invändningar.
Direktkylning syftar till temperaturkontroll av energilagring 3.0?
Under de senaste två åren har den globala installerade kapaciteten för förnybar energi vuxit snabbt. Enligt den årliga marknadsrapporten "Renewable Energy 2023" släppt av International Energy Agency kommer den globala installerade kapaciteten för förnybar energi 2023 att öka med 50 % jämfört med 2022, och tillväxttakten för installerad kapacitet har överträffat den tidigare 30 år. Mot denna bakgrund har utvecklingen av energilagringsindustrin inlett ett allt bredare marknadsutrymme.
Samtidigt är kinesiska energilagringsföretag fångade i en virvel av intern cirkulation. För att bryta ut är tekniken den viktigaste konkurrenskraften, medan hög säkerhet, låg kostnad och hög effektivitet är de viktigaste tröskelvärdena för att uppgradera energilagringstekniken.
Speciellt med trenden med storskaliga battericeller och ökande integrerad effekttäthet för energilagringssystem, har batterieffektivitet och risken för termisk rusning blivit fokus för branschen. Bland dem spelar temperaturkontrollsystemet en viktig roll.
När man tittar närmare på framstegen inom teknik för temperaturkontroll för energilagring, var första generationens luftkylningssystem enkelt, lågt i tillverkningskostnad och lätt att installera; den andra generationens vätskekylning med kylplattor började använda vätska som värmeväxlingsmedium, med stor värmebärande kapacitet och hög värmeväxlingseffektivitet; och nedsänkningsvätskekylning, som fortfarande befinner sig i sina tidiga utvecklingsstadier, har fördelarna att effektivt förhindra termisk rinnande och extrem temperaturlikformighet, men är fångad av problemet med höga kostnader och har ännu inte lösts.
I en tid då branschen utvecklas snabbt och tekniken snabbt itererar, slutade direkt kylning plötsligt i hög profil. Det rapporteras att den ovan nämnda 12kW energilagringsenheten för direktkylning använder kylmedelsdirektkylningsteknik, vilket minskar värmeväxlingsförlusterna, gör systemet mer energieffektivt och minskar kostnaderna; samtidigt antar den en design som inte kräver vattencirkulation, och risken för läckage är "noll". Aggregatet är mindre i storlek och har lägre ljud och kan ge en större kylkapacitet i ett begränsat utrymme, vilket är i linje med utvecklingstrenden att öka energitätheten i energilagringssystem och minska tillgängligt utrymme.
Vissa företag i försörjningskedjan sa att teknik för direkt kylning av temperaturkontroll kommer att ge fler alternativ och riktningar för utvecklingen av energilagringsindustrin och förväntas bli den viktigaste utvecklingstrenden inom området för termisk hantering av energilagring i framtiden.
Vissa företag har rakt på sak sagt att eftersom värmen som genereras av battericellerna inte är tillräckligt koncentrerad och värmen som genereras per ytenhet inte är särskilt stor, finns det inget behov av högintensiv värmeöverföringsteknik som direkt kylning för att lösa problemet .
Vad är direkt kylning egentligen? Enligt offentlig information är direktkylning en minimalistisk kyldesign som inte kräver vattencirkulation, vilket gör att köldmediet kan kyla battericellen direkt genom fluorkylplattan och snabbt ta bort den genererade värmen genom värmeväxling.
För närvarande är de vanligaste temperaturkontrollteknikerna huvudsakligen luftkylning och kylning av vätskekylning av kylplattor, och nedsänkningsvätskekylning är fortfarande i de tidiga utvecklingsstadierna. Bland de fyra temperaturregleringsteknikerna som visas i tabellen ovan, förutom luftkylning, som använder luft som kylmedium, använder kylplattvätskekylning, nedsänkningsvätskekylning och direktkylning alla vätska.
Bland de tre vätskekylningsteknologierna använder endast nedsänkningskylning direktkontakt genom att sänka battericellerna direkt i nedsänkningsvätskan utan någon värmeöverföringslänk däremellan. Kylplattans vätskekylning och direktkylning använder båda indirekt kontakt.
Ur strukturell synvinkel är direktkylning och kallplattvätskekylning ganska lika. Branschinsiders sa att den traditionella kylplattans vätskekylningsteknik leder bort värme till botten av batteriet genom att införa kallt vatten i vätskekylplattan, medan direkt kylning ersätter vattnet i kylplattans vätskekylning med ett köldmedium, som sedan används för att kyl battericellen genom en fluorkylplatta.
Men även om formerna är likartade är värmeväxlingsprinciperna för dessa två tekniker inte exakt desamma.
Vid direktkyla utnyttjas å ena sidan temperaturdifferensvärmeväxling. Eftersom köldmedietemperaturen är relativt låg och själva köldmediet har en specifik värmekapacitet som är mycket större än vattens, kan högre värmeväxlingseffektivitet uppnås. Å andra sidan använder direkt kylning också principen om förångningsvärmeabsorption, absorberar den omgivande värmen genom att omvandla köldmediet från vätska till gas.
I detta avseende förklarade vissa industriinsiders att "den höga kopplingen av batterikylsystemet till luftkonditioneringssystemet är likvärdigt med att sätta förångaren i luftkonditioneringssystemet direkt in i batteripaketet."
Det kan ses att mängden värme som kan avlägsnas genom direkt kylning i denna dubbla värmeväxlingsmetod är mycket större än den för vätskekylning med kall plattor som helt enkelt förlitar sig på temperaturskillnadsvärmeväxling. Maskinens utmärkta värmeväxlingskapacitet och totala effektivitet gör att direktkylning verkar ha betydande marknadsutrymme inom energilagring.
Faktum är att idén om att tillämpa teknik för direkt kylning av temperaturkontroll inom området energilagring har föreslagits under lång tid, men relaterade produkter och applikationer är relativt sällsynta, även i nya forskningsapplikationer. Anledningen är att direktkylningstekniken fortfarande har många problem som inte har slagit igenom.
I marknadsföringen av produkter för direkt kylning av temperaturkontroll placeras säkerheten ofta i en mycket framträdande position. Det rapporteras att när ett läckage inträffar kommer köldmediet automatiskt att avdunsta till gas, vilket gör risken för läckage noll, och kan effektivt undvika elektriska kortslutningar och termisk rusning orsakad av läckage av konventionella kylmedier.
Det är värt att notera att det direkta kylsystemet står inför högre tryckintensitet. Å ena sidan är trycket av fluor mycket större än vatten. Vattentrycket är bara några kilo, men fluortrycket är dussintals kilo högre än så; å andra sidan når kylmediets förångningstryck i allmänhet 3-4 atmosfärer, medan arbetstrycket för vätskekylplattan vanligtvis ligger inom 1,3 atmosfärer.
Därför kommer direkt kylning att avsevärt öka kraven på tryckbärande styrka för den kalla plattan, lederna och rörledningarna. Till exempel kan konventionella nylonrör inte motstå ett sådant tryck alls. Tryckmotståndsnivån för direktkylplattan måste vara minst 4 gånger förångningstrycket.
Direktkyla har dessutom mycket högre krav på tätningen av den kalla plattan än traditionell vätskekylning.
Alla dessa faktorer kommer att göra det mycket svårt för företag i leverantörskedjan att upprepa sin teknik, och kostnaden för delar kommer också att öka i enlighet med detta. När det gäller systemstyrning är direkt kylning också mer komplicerad eftersom det är nödvändigt att ta hänsyn till flödesfördelningen mellan olika PACK, kontrollen av förångningstemperaturen och utformningen av kylplattans flödeskanal, etc.
Om man tar utformningen av köldmedieflödesriktningen i den direkta kylplattan som ett exempel, måste batteripaketet inte bara säkerställa att battericellerna fungerar vid en rimlig temperatur, utan även kontrollera temperaturskillnaden mellan olika moduler. Generellt krävs att temperaturskillnaden för battericellerna inte är mer än 5 grader. Därför är det särskilt viktigt att säkerställa en enhetlig temperatur på själva batteriets kylplatta. Därför är optimering av flödesriktningen för köldmediet i direktkylplattan och förbättring av temperaturlikformigheten hos energilagringsbatteriet de svårigheter som direktkylningssystemet behöver övervinna.
Det kan ses att det fortfarande finns många problem för att direktkylningsteknik verkligen ska tillämpas inom energilagringsområdet, och det kommer att ta lång tid att uppnå storskalig tillämpning.