Conoscere il sistema di raffreddamento a liquido della batteria - migliorare le prestazioni e la durata della batteria

Che cos'è un sistema di raffreddamento a liquido?

Il raffreddamento a liquido si riferisce al metodo di raffreddamento mediante contatto del liquido con una fonte di calore. È un tipo di schema di gestione termica di sistema di accumulo di energia a batteria. Esistono quattro tipi di schemi di gestione termica applicati ai sistemi di accumulo dell'energia: raffreddamento ad aria, raffreddamento a liquido, raffreddamento con tubi di calore e raffreddamento a cambiamento di fase.

Attualmente, solo il raffreddamento ad aria e quello a liquido sono entrati nelle applicazioni su larga scala, mentre il raffreddamento con tubi di calore e il raffreddamento a cambiamento di fase sono ancora in fase di laboratorio.

Composizione e caratteristiche del sistema di raffreddamento a liquido della batteria

I componenti di base del sistema di raffreddamento a liquido della batteria comprendono: piastra di raffreddamento a liquido, unità di raffreddamento a liquido (riscaldatore opzionale), tubazione di raffreddamento a liquido (compresi sensore di temperatura e valvola), cablaggio ad alta e bassa tensione; liquido di raffreddamento (soluzione acquosa di glicole etilenico), ecc.

Il sistema di raffreddamento a liquido della batteria è sicuro, efficiente e flessibile.

Il ruolo del sistema di raffreddamento a liquido della batteria

La temperatura ha un impatto sulle prestazioni del sistema di accumulo di energia elettrochimica, come la capacità, la sicurezza e la durata, per cui è necessaria una gestione termica del sistema di accumulo di energia. L'impatto della temperatura sul sistema di accumulo di energia si riflette in due aspetti:

1. La temperatura ha un impatto sulle prestazioni di una singola cella: una temperatura troppo alta o troppo bassa influisce sul normale utilizzo della cella;
2. La temperatura influisce sulle prestazioni del sistema di batterie. La differenza di temperatura tra più celle influisce sulla coerenza del sistema. Il problema della coerenza influisce sulla sicurezza, sull'efficienza e sulla durata del sistema.

Quali sono i tipi di sistemi di raffreddamento a liquido per batterie?

In base ai diversi metodi di scambio di calore tra il liquido di raffreddamento e il server, il sistema di raffreddamento a liquido della batteria può essere suddiviso in due tipi: a contatto diretto e a contatto indiretto. La tecnologia di raffreddamento a liquido della batteria a contatto indiretto più comune è il raffreddamento a liquido a piastra fredda, mentre la tecnologia di raffreddamento a liquido della batteria a immersione e di gestione del calore è la tecnologia a contatto diretto più comune.

Sistema di raffreddamento a liquido a piastra fredda

Il raffreddamento a liquido a piastra fredda appartiene al raffreddamento a liquido indiretto, cioè l'elemento riscaldante e il mezzo di raffreddamento non sono in contatto diretto. Il raffreddamento a liquido a piastra fredda dissipa il calore attraverso il contatto diretto con la piastra fredda riempita di liquido, oppure il calore viene condotto alla piastra fredda dalla componente di conduzione termica, e quindi il calore viene sottratto attraverso la circolazione del liquido all'interno della piastra fredda.

Il sistema di raffreddamento a liquido per l'accumulo di energia comprende principalmente la piastra di raffreddamento a liquido, l'host di raffreddamento a liquido, le tubazioni, i giunti, l'evaporatore, ecc. L'host raffreddato a liquido utilizza la potenza del compressore per aprire il circuito di circolazione del refrigerante. Il refrigerante viene accelerato e depressurizzato dalla valvola di espansione elettronica ed entra nella piastra raffreddata a liquido per entrare in contatto con le celle della batteria per lo scambio di calore, realizzando così il raffreddamento del pacco batterie.

Sistema di raffreddamento a liquido a immersione

Il raffreddamento a liquido a immersione si riferisce all'immersione diretta dei componenti elettronici riscaldati, come CPU, scheda madre, memory stick, disco rigido, ecc. in un liquido di raffreddamento isolante e chimicamente inerte (liquido elettronico fluorurato) e il liquido di raffreddamento generato dai componenti elettronici attraverso il liquido di raffreddamento circolante.

Il sistema di raffreddamento a liquido a immersione totale ha una maggiore capacità di controllo della differenza di temperatura e una maggiore sicurezza.

A differenza dello schema di raffreddamento a liquido tradizionale, nel sistema di raffreddamento a liquido completamente immerso, il sistema della batteria è immerso nel liquido isolante di raffreddamento nel suo complesso e la dissipazione del calore è realizzata attraverso la circolazione del liquido. Poiché il liquido di immersione è in pieno contatto con la cella della batteria, il livello di differenza di temperatura della cella della batteria può essere controllato meglio.

Inoltre, quando si utilizza un refrigerante non a base di olio, il liquido stesso ha la capacità di estinguere il fuoco, con l'effetto di integrare il controllo della temperatura e la protezione antincendio.

In base ai diversi refrigeranti scelti, il sistema di accumulo di energia completamente sommerso e raffreddato a liquido può essere suddiviso in tre tipi principali: a base di acqua, a base di olio e a base di fluoro.

Confronto tra due tecnologie di raffreddamento a liquido per batterie

Investimenti

Il sistema di raffreddamento a liquido della batteria a piastre fredde ha molte specifiche e un elevato costo di personalizzazione. Il sistema è dotato di un gran numero di connettori rapidi e valvole e il costo è elevato; mentre il sistema di raffreddamento a liquido a immersione consuma una grande quantità di refrigerante e uno speciale recipiente a pressione sigillato o un box di raffreddamento a liquido orizzontale, il costo si colloca nel mezzo.

Risparmio energetico

Il sistema di raffreddamento a liquido della batteria a piastre fredde ha prestazioni di risparmio energetico medie, con un PUE di 1,1~1,3. Allo stesso tempo, il sistema di raffreddamento a liquido a immersione ha un'eccellente prestazione di risparmio energetico, con un PUE di 1,05~1,1.

Manutenibilità

Il sistema di raffreddamento a liquido della batteria a piastre fredde ha un'eccellente manutenibilità (il refrigerante non tocca la scheda del circuito) e la tubazione supporta l'intasamento orizzontale; tuttavia, la manutenibilità del sistema di raffreddamento a liquido sommerso è scarsa e non supporta la manutenzione online.

Sicurezza

Il liquido di raffreddamento del sistema di raffreddamento a liquido della batteria a piastre fredde è per lo più una soluzione acquosa di glicole etilenico, le cui perdite possono condurre elettricità e corrodere, con il rischio di ostruire il canale di flusso della piastra fredda.

In termini di chimica, il liquido di raffreddamento del sistema di raffreddamento a liquido a immersione è isolato e può funzionare in modo sicuro; in termini di temperatura, il liquido di raffreddamento ha una forte capacità di dissipazione del calore, che può garantire che la differenza di temperatura del dispositivo sia piccola e che non sia facile invecchiare ad alta temperatura.

Utilizzo dello spazio

Il tasso di utilizzo dello spazio del sistema di raffreddamento a liquido della batteria a piastre fredde è elevato, mentre il tasso di utilizzo dello spazio del sistema di raffreddamento a liquido a immersione è moderato.

Stato del mercato dei sistemi di raffreddamento a liquido per batterie

La soluzione del sistema di raffreddamento a liquido della batteria si è gradualmente sviluppata e si è trasformata in una soluzione mainstream nello scenario dell'accumulo di energia.

Dal punto di vista dell'offerta, la soluzione del sistema di raffreddamento a liquido della batteria presenta un'elevata maturità tecnica, un buon effetto di raffreddamento e un impatto positivo sulle prestazioni del sistema.

Dal punto di vista della domanda, la direzione di sviluppo del sistema energetico con una maggiore capacità e più scenari comporta requisiti sempre più elevati per la gestione termica, e le prestazioni della soluzione di raffreddamento a liquido si adattano meglio.

Dal punto di vista del panorama competitivo, i fornitori delle soluzioni di controllo della temperatura di raffreddamento a liquido di Zhuneng provengono principalmente dai produttori di controllo della temperatura dei centri dati, di controllo della temperatura industriale e di controllo della temperatura delle automobili.

La chiave della concorrenza sta nella capacità di progettare prodotti non standard. Poiché i diversi integratori di accumulo di energia hanno progetti di prodotti diversi, il controllo della temperatura di raffreddamento del liquido deve essere sviluppato congiuntamente al layout del pacco batterie, alla progettazione della tubazione di raffreddamento del liquido e all'integrazione con la batteria.

Prospettive di mercato del sistema di raffreddamento a liquido per batterie

Attualmente, i mainframe raffreddati ad acqua e i pannelli raffreddati a liquido sono ancora prodotti personalizzati con prezzi unitari elevati. Si prevede che in futuro si svilupperanno gradualmente nella direzione di prodotti standard.

Secondo le stime, il valore dell'industria cinese della termoregolazione dell'accumulo di energia sarà di circa 2,4 miliardi di RMB (comprese le esportazioni) nel 2021 e si prevede che raggiungerà quasi 16,5 miliardi di RMB nel 2025. Tra questi, il mercato del raffreddamento a liquido delle batterie dovrebbe raggiungere circa 45% nel 2025. Nel 2025, il mercato globale del controllo della temperatura dell'accumulo di energia dovrebbe raggiungere i 9,4 miliardi di RMB. Si rimanda a I 10 principali produttori mondiali di host di raffreddamento a liquido per l'accumulo di energia per saperne di più.

Inoltre, si stima che entro il 2025 la stoccaggio globale dell'energia mercato della termoregolazione raggiungerà i 9,4 miliardi di RMB. Secondo le previsioni, la dimensione del mercato globale della termoregolazione dell'accumulo di energia nel periodo 2023-2025 sarà di 3,7/6,1/9,4 miliardi di RMB, +126%/+65%/+54% anno su anno.

Le seguenti tre ipotesi di prospettive di mercato sono disponibili come riferimento:

• Ipotesi 1: Il mercato globale dell'accumulo di energia è in rapida crescita. Si stima che la nuova capacità installata di stoccaggio globale su larga scala sarà di 91/145/218GWh nel periodo 2023-2025, rispettivamente +106%/+60%/+50% anno su anno;
• Ipotesi 2: Con l'aumento dei requisiti del proprietario per la durata del ciclo del sistema, si prevede che la percentuale di raffreddamento a liquido aumenterà gradualmente. Nel settembre 2022, la CNNC Huineng ha pubblicato un annuncio sull'acquisto centralizzato di nuovi sistemi di accumulo di energia dal 2022 al 2023, tra cui 4,5GWh di accumulo di energia con batterie al litio, di cui 40% sono sistemi di raffreddamento a liquido. Si stima che la percentuale di raffreddamento a liquido nel periodo 2023-2025 sarà rispettivamente di 40%/50%/60%;
• Ipotesi 3: Con l'emergere dell'effetto scala, si prevede che il valore unitario del raffreddamento ad aria e del raffreddamento a liquido diminuirà rispettivamente, e il valore del sistema di raffreddamento ad aria nel 2023-2025 dovrebbe essere di 0,27/0,26/0,24 miliardi di RMB/GWh; il valore del sistema di raffreddamento è di 0,62/0,59/0,56 miliardi di RMB/GWh rispettivamente.

Sintesi

In sintesi, nello schema di gestione termica per le applicazioni dei sistemi di accumulo di energia, la tecnologia dei sistemi di raffreddamento a liquido delle batterie si è gradualmente sviluppata fino a diventare una tecnologia di applicazione mainstream negli scenari di accumulo di energia incrementale, grazie alla sua sicurezza, efficienza e flessibilità. Allo stesso tempo, negli ultimi anni il sistema di raffreddamento a liquido a immersione totale ha iniziato a farsi notare e potrebbe diventare una tendenza importante in futuro.