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Focus sui sistemi di accumulo energetico – Tecnologia di raffreddamento ad aria forzata vs. tecnologia di raffreddamento a liquido (Parte 1)

2023-12-29

A causa delle caratteristiche termiche delle batterie, la gestione termica è diventata un elemento cruciale nella catena industriale dell'accumulo elettrochimico di energia. Scomponendo la distribuzione del valore all'interno della catena industriale, il costo delle batterie nei sistemi di accumulo energetico rappresenta circa il 55%, il PCS circa il 20%, il BMS e l'EMS insieme costituiscono circa l'11%, mentre la gestione termica rappresenta circa il 2%-4%. Sebbene la quota della gestione termica in termini di valore sia relativamente bassa, essa svolge un ruolo fondamentale nel garantire il funzionamento continuo e sicuro dei sistemi di accumulo energetico.

Attualmente, esistono due soluzioni principali per la tecnologia di gestione termica nei sistemi di accumulo energetico: il sistema di raffreddamento ad aria forzata e il sistema di raffreddamento a liquido. Questo articolo sarà suddiviso in due parti per fornire un'analisi comparativa di questi due sistemi di raffreddamento in termini di durata, controllo della temperatura, consumo energetico, complessità progettuale, utilizzo dello spazio, rumore, produzione e installazione, assistenza post-vendita, funzionamento e manutenzione, nonché costi.

Spiegazione dei nomi

Tecnologia di gestione termica: Tra cui il raffreddamento ad aria forzata, il raffreddamento a liquido, il raffreddamento tramite heat pipe e il raffreddamento a cambiamento di fase, con gli ultimi due ancora in fase sperimentale.

Raffreddamento ad aria forzata: I principali componenti del sistema di raffreddamento ad aria includono l'aria condizionata, i canali d'aria e le ventole del modulo. Le ventole sono installate nella parte anteriore del modulo. Le ventole del modulo dissipano il calore generato dai nuclei interni del modulo e lo trasportano verso il canale d'aria della cabina prefabbricata. Il sistema di climatizzazione all'interno della cabina prefabbricata dissipa il calore tramite trasferimento termico convettivo.

Raffreddamento liquido: Il sistema di raffreddamento a liquido si riferisce all'uso di un liquido come mezzo conduttore di calore, che trasferisce il calore direttamente o indirettamente entrando in contatto con il liquido refrigerante e con i componenti che generano calore. È una tecnica di dissipazione del calore che rimuove il calore generato dai componenti che producono calore.

Capitolo uno: Confronto della durata della vita

Prendendo come esempio la batteria A da 100 Ah (P1, P2) e la batteria B da 100 Ah (P3), con una corrente di carica e scarica pari a 0,5C, la curva di attenuazione della batteria è mostrata qui sotto:

1. La curva di attenuazione da P1 a P2 mostra che a 25°C sono stati raggiunti 6500 cicli al 80% di EOL con le celle del marchio A, mentre a 45°C sono stati raggiunti 2500 cicli al 80% di EOL con le stesse celle del marchio A. Con un aumento della temperatura di 20°C, la durata del ciclo è diminuita di 4000 cicli.

2. P3 riflette principalmente 5000 cicli al 80% di EOL a 25°C (celle del marchio B) e 2000 cicli al 80% di EOL a 45°C (celle del marchio B). Con un aumento della temperatura di 20°C, la durata del ciclo è diminuita di 3000 cicli.

3. Infine, da P4—confrontando la durata di vita dei componenti principali, Si può concludere che la durata di vita dei componenti chiave nel sistema di raffreddamento liquido è più breve. La temperatura di funzionamento delle celle ha un impatto significativo sulla loro durata ciclica, e all'aumentare della temperatura di funzionamento della batteria, il numero di cicli diminuisce di conseguenza.

Capitolo 2: Confronto sul controllo della temperatura

Riepilogo:

1. Durante il funzionamento del sistema di raffreddamento ad aria forzata (EnerArk2.0), la temperatura della batteria è di circa 31-38°C. Per il sistema di raffreddamento a liquido, facendo riferimento al Produttore A (30°C) e al Produttore B (30°C), la temperatura operativa ottimale per le batterie normali è compresa tra 30 e 35°C. Si può notare che In termini di temperatura operativa della batteria, il raffreddamento forzato ad aria presenta vantaggi simili a quelli della tecnologia di raffreddamento liquido.

2. Differenze di temperatura nel sistema di raffreddamento a liquido: Produttore A (<5°C), Produttore B (<3°C). La differenza di temperatura per il sistema di raffreddamento ad aria forzata (EnerArk <7°C). Se esiste una differenza significativa nella temperatura operativa delle celle della batteria, la coerenza delle celle della batteria si deteriorerà. Il raffreddamento ad aria può ottenere una differenza di temperatura inferiore a 4°C (valore target di EnerArk2.0) migliorando il condotto d'aria; in tal caso, gli effetti del raffreddamento forzato ad aria e del raffreddamento liquido sulla batteria sarebbero identici.

Capitolo 3: Confronto del consumo energetico

Prendiamo come esempio Envicool con una capacità di raffreddamento pari a 3 kW:

Riepilogo:

1. Confrontando la capacità di scambio termico, si può vedere che Il sistema di raffreddamento a liquido ha una capacità di scambio termico 6 volte superiore rispetto al sistema di raffreddamento ad aria forzata. Ciò può essere inteso come se il sistema di climatizzazione funzionasse a piena capacità di raffreddamento per 6 ore, mentre l'unità di raffreddamento a liquido avrebbe bisogno di funzionare soltanto per 1 ora per ottenere lo stesso effetto di raffreddamento.

2. A parità di temperatura della batteria, ad esempio, avviando il lavoro a 20°C, dopo aver operato nelle stesse condizioni per 2 ore, Anche se il sistema smette di caricare e scaricare, il sistema di raffreddamento ad aria forzata deve continuare a funzionare per la refrigerazione, in modo da garantire che la temperatura del nucleo tenda al valore normale. Il tempo necessario perché il sistema di raffreddamento a liquido raggiunga il valore normale è pari a 1/6 rispetto a quello del sistema di raffreddamento ad aria.

3. Consumo energetico della refrigerazione ad aria forzata: condizionatore d'aria + ventilatore dell'armadio elettrico; Consumo energetico della refrigerazione liquida: unità di refrigerazione liquida + ventilatore dell'armadio elettrico (alcuni produttori utilizzano una refrigerazione liquida integrata per l'intera macchina).

4. A parità di condizioni, mantenendo la stessa temperatura, il consumo energetico della refrigerazione ad aria forzata è superiore a quello della refrigerazione liquida.

Capitolo 4: Confronto della complessità di progettazione

A: Sistema di raffreddamento ad aria forzata

Prendendo EnerArk2.0 come esempio, la progettazione del sistema di accumulo energetico raffreddato ad aria è relativamente semplice e comporta principalmente l'installazione di ventole di raffreddamento e la progettazione di percorsi per la circolazione dell'aria.

1. I componenti principali del raffreddamento ad aria forzata sono il condizionatore d'aria e i canali dell'aria. L'impianto di condizionamento è responsabile del raffreddamento, mentre i canali dell'aria facilitano lo scambio termico.

2. Nell'applicazione di progetti di accumulo energetico, a causa delle variazioni nella densità energetica delle batterie, nelle posizioni e nella capacità tra i diversi sistemi di accumulo, è necessario personalizzare la progettazione dei canali d'aria per controllare la direzione del flusso d'aria all'interno del sistema.

B: Sistema di raffreddamento a liquido

La progettazione del raffreddamento liquido è tipicamente più complessa e richiede la considerazione della disposizione del sistema di circolazione del liquido, della scelta della pompa, della circolazione del refrigerante e della manutenzione, tra le altre questioni.

1. La piastra di raffreddamento a liquido (nota anche come piastra di dissipazione del calore a liquido) installata alla fonte di calore, insieme allo scambiatore di calore e alla pompa di calore, dissipa il calore attraverso la circolazione del fluido.

2. In generale, la tecnologia di raffreddamento liquido dell'unità di raffreddamento nei sistemi di accumulo energetico viene applicata quando i sistemi a convezione forzata o a cambiamento di fase non riescono a ottenere una dissipazione termica efficace, in particolare in ambienti con alta densità di energia termica.

C: Complessità di progettazione – tecnologia di raffreddamento ad aria forzata vs. tecnologia di raffreddamento a liquido ( Il carattere rosso sopra indica le sfide di progettazione.)

Conclusione: La progettazione di un sistema di raffreddamento a liquido è più complessa rispetto a quella di un sistema di raffreddamento ad aria forzata.

Capitolo 5: Confronto dell'efficienza nell'utilizzo dello spazio

Riepilogo:

1. Con la stessa superficie di base, il sistema di raffreddamento liquido può ottenere una maggiore integrazione energetica.

2. Per la stessa integrazione energetica (200 kWh), i sistemi di raffreddamento ad aria forzata superano i sistemi di raffreddamento a liquido.

Resta sintonizzato!

Prossimo numero: Focus sui sistemi di accumulo energetico – Tecnologia di raffreddamento ad aria forzata vs. tecnologia di raffreddamento a liquido (Parte 2), rimanete sintonizzati!

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