En sistema de refrigeración líquida de la batería tiene una alta eficiencia de disipación del calor y una pequeña diferencia de temperatura entre los grupos de baterías, lo que puede mejorar la vida útil de la batería y la economía del ciclo de vida completo. Con el desarrollo de la tecnología de refrigeración líquida para baterías de a bordo, se estima que para 2025, el mercado mundial de control de temperatura de almacenamiento de energía alcanzará los 9.400 millones de RMB.
Este artículo parte del sistema de refrigeración líquida y presenta las características, la tecnología, las tendencias del mercado y otros conocimientos relacionados con el sistema de refrigeración líquida de baterías.
¿Qué es un sistema de refrigeración líquida?
La refrigeración líquida se refiere al método de refrigeración por contacto líquido con una fuente de calor. Es un tipo de esquema de gestión térmica de sistema de almacenamiento de energía en baterías. En los sistemas de almacenamiento de energía se aplican cuatro tipos de sistemas de gestión térmica: refrigeración por aire, refrigeración por líquido, refrigeración por tubo de calor y refrigeración por cambio de fase.
En la actualidad, sólo la refrigeración por aire y la refrigeración líquida han entrado en las aplicaciones a gran escala, y la refrigeración por tubos de calor y la refrigeración por cambio de fase están aún en fase de laboratorio.
Composición y características del sistema de refrigeración líquida de la batería
Los componentes básicos del sistema de refrigeración líquida de la batería incluyen: placa de refrigeración líquida, unidad de refrigeración líquida (calentador opcional), tubería de refrigeración líquida (incluyendo sensor de temperatura, válvula), mazo de cables de alta y baja tensión; líquido refrigerante (solución acuosa de etilenglicol), etc.
El sistema de refrigeración líquida de la batería es seguro, eficaz y flexible.
El papel del sistema de refrigeración líquida de la batería
La temperatura influye en el rendimiento del sistema de almacenamiento de energía electroquímica, como la capacidad, la seguridad y la vida útil, por lo que es necesario gestionar térmicamente el sistema de almacenamiento de energía. El impacto de la temperatura en el sistema de almacenamiento de energía se refleja en dos aspectos:
- La temperatura influye en el rendimiento de una célula; una temperatura demasiado alta o demasiado baja afectará al uso normal de la célula;
- La temperatura influye en el rendimiento del sistema de baterías. La diferencia de temperatura entre varias celdas afectará a la consistencia del sistema. El problema de consistencia afectará a la seguridad, la eficiencia y la vida útil del sistema.
¿Cuáles son los tipos de sistemas de refrigeración líquida de baterías?
Según los diferentes métodos de intercambio de calor por contacto entre el líquido refrigerante y el servidor, el sistema de refrigeración por líquido de batería puede dividirse en dos tipos: contacto directo y contacto indirecto. La tecnología de refrigeración por líquido de batería de contacto indirecto más común es la refrigeración por líquido de placa fría, y la tecnología de refrigeración por líquido de batería de inmersión y gestión del calor es la tecnología de contacto directo más común.
Sistema de refrigeración líquida por placa fría
La refrigeración líquida de placa fría pertenece a la refrigeración líquida indirecta, es decir, el elemento calefactor y el medio refrigerante no están en contacto directo. La refrigeración líquida de la placa fría disipa el calor a través del contacto directo con la placa fría llena de líquido, o el calor se conduce a la placa fría por el componente de conducción de calor, y luego el calor se lleva a través de la circulación de líquido dentro de la placa fría.
El sistema de refrigeración líquida de almacenamiento de energía incluye principalmente placa de refrigeración líquida, host de refrigeración líquida, tuberías, juntas, evaporador, etc. El host de refrigeración líquida utiliza la potencia del compresor para abrir el circuito de circulación del refrigerante. El refrigerante es estrangulado y despresurizado por la válvula de expansión electrónica, y entra en la placa de refrigeración líquida para entrar en contacto con las celdas de la batería para el intercambio de calor, realizando así la refrigeración del paquete de baterías.
Sistema de refrigeración líquida por inmersión
La refrigeración líquida por inmersión se refiere a la inmersión directa de los componentes electrónicos que se calientan, como la CPU, la placa base, el lápiz de memoria, el disco duro, etc., en un líquido refrigerante aislante y químicamente inerte (líquido fluorado electrónico), y el líquido refrigerante generado por los componentes electrónicos a través del líquido refrigerante que circula Heat away.
El sistema de refrigeración líquida por inmersión total tiene mayor capacidad de control de la diferencia de temperatura y mayor seguridad.
A diferencia del esquema de refrigeración por líquido tradicional, en el sistema de refrigeración por líquido totalmente sumergido, el sistema de la batería se sumerge en el líquido aislante de refrigeración en su totalidad, y la disipación de calor se realiza a través de la circulación del líquido. Dado que el líquido de inmersión está en pleno contacto con la célula de la batería, el nivel de diferencia de temperatura de la célula de la batería puede controlarse mejor.
Además, cuando se utiliza refrigerante no oleoso, el propio líquido tiene la capacidad de extinguir el fuego, lo que tiene el efecto de integrar el control de la temperatura y la protección contra incendios.
Según los distintos refrigerantes seleccionados, el sistema de almacenamiento de energía refrigerado por líquido totalmente sumergido puede dividirse en tres tipos principales: a base de agua, a base de aceite y a base de flúor.
Comparación de dos tecnologías de sistemas de refrigeración líquida de baterías
Inversión
El sistema de refrigeración líquida de batería de placa fría tiene muchas especificaciones y un elevado coste de personalización. El sistema tiene un gran número de conectores rápidos y válvulas, y el costo es alto; mientras que el sistema de refrigeración líquida de inmersión consume una gran cantidad de refrigerante, y un recipiente a presión sellado especial o caja de refrigeración líquida horizontal, El costo está en el medio.
Ahorro de energía
El sistema de refrigeración líquida por batería de placas frías tiene un rendimiento de ahorro de energía medio, con un PUE de 1,1~1,3. Al mismo tiempo, el sistema de refrigeración líquida por inmersión tiene un excelente rendimiento de ahorro energético, con un PUE de 1,05~1,1.
Mantenibilidad
El sistema de refrigeración líquida de la batería de placa fría tiene una excelente mantenibilidad (el refrigerante no toca la placa de circuito), y la tubería admite el taponamiento horizontal; sin embargo, la mantenibilidad del sistema de refrigeración líquida sumergido es deficiente y no admite el mantenimiento en línea.
Seguridad
El líquido refrigerante del sistema de refrigeración líquida de la batería de placa fría es principalmente solución acuosa de etilenglicol, las fugas pueden conducir la electricidad y corroer, y existe el riesgo de obstrucción del canal de flujo de la placa fría.
En cuanto a la química, el líquido refrigerante del sistema de refrigeración por líquido de inmersión está aislado y puede funcionar con seguridad; En cuanto a la temperatura, el líquido refrigerante tiene una gran capacidad de disipación del calor, lo que puede garantizar que la diferencia de temperatura del dispositivo sea pequeña, y no es fácil que envejezca a alta temperatura.
Utilización del espacio
El índice de utilización del espacio del sistema de refrigeración líquida por batería de placas frías es alto, mientras que el índice de utilización del espacio del sistema de refrigeración líquida por inmersión es moderado.
Situación del mercado de sistemas de refrigeración líquida de baterías
La solución del sistema de refrigeración líquida de baterías se ha desarrollado gradualmente y se ha convertido en la solución dominante en el escenario del almacenamiento de energía.
Desde la perspectiva de la oferta, la solución del sistema de refrigeración líquida de baterías tiene una gran madurez técnica, un buen efecto refrigerante y un impacto positivo en el rendimiento del sistema.
Desde el punto de vista de la demanda, la dirección de desarrollo del sistema energético con mayor capacidad y más escenarios tiene requisitos cada vez más altos de gestión térmica, y el rendimiento de la solución de refrigeración líquida se adapta mejor a ello.
Desde la perspectiva del panorama competitivo, los proveedores de soluciones de control de temperatura para refrigeración líquida Zhuneng proceden principalmente de fabricantes de control de temperatura para centros de datos, control de temperatura industrial y control de temperatura para automóviles.
La clave de la competencia reside en la capacidad de diseñar productos no estándar. Dado que los distintos integradores de almacenamiento de energía tienen diseños de producto diferentes, el control de la temperatura de refrigeración líquida debe desarrollarse conjuntamente con el diseño del paquete de baterías, el diseño de la tubería de refrigeración líquida y la integración con la batería.
Perspectivas de mercado del sistema de refrigeración líquida de baterías
En la actualidad, las unidades centrales refrigeradas por agua y los paneles refrigerados por líquido siguen siendo productos personalizados con precios unitarios elevados. Se espera que en el futuro evolucionen gradualmente hacia productos estándar.
Según las estimaciones, el valor de la industria china de control de temperatura de almacenamiento de energía será de unos 2.400 millones de RMB (incluidas las exportaciones) en 2021, y se espera que alcance casi los 16.500 millones de RMB en 2025. Entre ellos, se espera que el mercado de refrigeración líquida de baterías alcance unos 45% en 2025. En 2025, se espera que el mercado mundial de control de temperatura de almacenamiento de energía alcance los 9.400 millones de RMB. Consulte los 10 principales fabricantes mundiales de servidores de refrigeración líquida para almacenamiento de energía para saber más.
Además, se estima que para 2025, la almacenamiento mundial de energía alcanzará los 9.400 millones de RMB. Según las previsiones, el tamaño del mercado mundial de control de temperatura de almacenamiento de energía en 2023-2025 será de 3,7/6,1/9,4 mil millones de RMB, +126%/+65%/+54% interanual.
A continuación se presentan tres hipótesis de perspectivas de mercado que pueden servir de referencia:
- Hipótesis 1: El mercado mundial de almacenamiento de energía está creciendo rápidamente. Se estima que la nueva capacidad instalada de almacenamiento mundial a gran escala será de 91/145/218GWh en 2023-2025, respectivamente, +106%/+60%/+50% interanual;
- Hipótesis 2: A medida que aumenten los requisitos del propietario en cuanto a la vida útil del sistema, se espera que la proporción de refrigeración líquida aumente gradualmente. En septiembre de 2022, CNNC Huineng publicó un anuncio sobre la adquisición centralizada de nuevos sistemas de almacenamiento de energía de 2022 a 2023, incluidos 4,5GWh de almacenamiento de energía de baterías de litio, de los cuales 40% son sistemas de refrigeración líquida de baterías. Se estima que la proporción de refrigeración líquida en 2023-2025 será de 40%/50%/60% respectivamente;
- Hipótesis 3: Con la aparición del efecto de escala, se espera que el valor unitario de la refrigeración por aire y la refrigeración líquida disminuya respectivamente, y se prevé que el valor del sistema de refrigeración por aire en 2023-2025 sea de 0,27/0,26/0,24 mil millones de RMB/GWh; El valor del sistema de refrigeración es de 0,62/0,59/0,56 mil millones de RMB/GWh respectivamente.
Resumen
En resumen, en el esquema de gestión térmica para aplicaciones de sistemas de almacenamiento de energía, la tecnología de sistemas de refrigeración líquida de baterías se ha convertido gradualmente en una tecnología de aplicación principal en escenarios de almacenamiento incremental de energía debido a su seguridad, eficiencia y flexibilidad. Al mismo tiempo, el sistema de refrigeración líquida por inmersión total ha comenzado a mostrar su prominencia en los últimos años, y puede convertirse en una tendencia importante en el futuro.
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