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Centrándonos en los sistemas de almacenamiento de energía: tecnología de enfriamiento por aire forzado frente a tecnología de enfriamiento líquido (Parte 1)

2023-12-29

Debido a las características térmicas de las baterías, la gestión térmica se ha convertido en un componente crítico en la cadena industrial del almacenamiento electroquímico de energía. Al desglosar la distribución de valor dentro de la cadena industrial, el costo de las baterías en los sistemas de almacenamiento de energía representa aproximadamente el 55%, el PCS representa alrededor del 20%, el BMS y el EMS juntos constituyen aproximadamente el 11%, mientras que la gestión térmica representa entre el 2% y el 4%. Aunque la proporción de la gestión térmica en términos de valor es relativamente baja, desempeña un papel crucial para garantizar el funcionamiento continuo y seguro de los sistemas de almacenamiento de energía.

Actualmente, existen dos soluciones principales para la tecnología de gestión térmica en sistemas de almacenamiento de energía: el sistema de enfriamiento por aire forzado y el sistema de enfriamiento por líquido. Este artículo se dividirá en dos partes para ofrecer un análisis comparativo de estos dos sistemas de enfriamiento en cuanto a vida útil, control de temperatura, consumo energético, complejidad de diseño, utilización del espacio, ruido, producción e instalación, servicio posventa, operación y mantenimiento, y costo.

Explicación de sustantivos

Tecnología de gestión térmica: Incluyendo enfriamiento por aire forzado, enfriamiento por líquido, enfriamiento por tubos de calor y enfriamiento por cambio de fase, siendo los dos últimos aún en etapa experimental.

Refrigeración por aire forzado: Los componentes principales del sistema de enfriamiento por aire incluyen el aire acondicionado, los conductos de aire y los ventiladores del módulo. Los ventiladores se instalan en la parte frontal del módulo. Los ventiladores del módulo disipan el calor generado por los núcleos internos del módulo y lo conducen hacia el conducto de aire de la cabina prefabricada. El sistema de aire acondicionado dentro de la cabina prefabricada disipa el calor mediante transferencia de calor por convección.

Refrigeración líquida: El sistema de refrigeración líquida se refiere al uso de un líquido como medio conductor de calor, que transfiere el calor directa o indirectamente al entrar en contacto con el líquido refrigerante y los componentes generadores de calor. Es una técnica de disipación térmica que elimina el calor generado por los componentes generadores de calor.

Capítulo uno: Comparación de la esperanza de vida

Tomando como ejemplo la batería A de 100 Ah (P1, P2) y la batería B de 100 Ah (P3), con una carga y descarga a 0,5C, la curva de atenuación de la batería se muestra a continuación:

1. La curva de atenuación desde P1 hasta P2 muestra que, a 25°C, se lograron 6500 ciclos al 80% de EOL con las celdas de la marca A, mientras que a 45°C, se lograron 2500 ciclos al 80% de EOL con las mismas celdas de la marca A. Con un aumento de temperatura de 20°C, la vida útil del ciclo disminuyó en 4000 ciclos.

2. P3 refleja principalmente 5000 ciclos al 80% de EOL a 25°C (celdas de marca B) y 2000 ciclos al 80% de EOL a 45°C (celdas de marca B). Con un aumento de temperatura de 20°C, la vida útil del ciclo disminuyó en 3000 ciclos.

3. Finalmente, desde P4—comparando la vida útil de los componentes principales, Se puede concluir que la vida útil de los componentes clave en el sistema de refrigeración líquida es más corta. La temperatura de operación de las celdas tiene un impacto significativo en su vida útil por ciclos, y a medida que aumenta la temperatura de operación de la batería, el número de ciclos disminuye en consecuencia.

Capítulo 2: Comparación del control de temperatura

Resumen:

1. Durante el funcionamiento del sistema de enfriamiento por aire forzado (EnerArk2.0), la temperatura de la batería es de aproximadamente 31-38°C. Para el sistema de enfriamiento por líquido, refiriéndose al Fabricante A (30°C) y al Fabricante B (30°C), la temperatura óptima de operación para baterías normales es de 30-35°C. Se puede observar que En cuanto a la temperatura de operación de la batería, la refrigeración forzada por aire tiene ventajas similares a las de la tecnología de refrigeración líquida.

2. Diferencias de temperatura en los sistemas de refrigeración líquida: Fabricante A (<5°C), Fabricante B (<3°C). La diferencia de temperatura para el sistema de refrigeración por aire forzado es de <7°C (EnerArk). Si existe una diferencia significativa en la temperatura de funcionamiento de las celdas de batería, la uniformidad de las celdas de batería se verá afectada. El enfriamiento por aire puede lograr una diferencia de temperatura de <4°C (valor objetivo de EnerArk2.0) mediante la mejora del conducto de aire; entonces, los efectos del enfriamiento forzado por aire y del enfriamiento líquido sobre la batería serían los mismos.

Capítulo 3: Comparación del consumo de energía

Tomemos como ejemplo el Envicool con la misma capacidad de enfriamiento de 3 kW:

Resumen:

1. Al comparar la capacidad de intercambio de calor, se puede observar que El sistema de refrigeración líquida tiene 6 veces la capacidad de intercambio térmico que el sistema de refrigeración por aire forzado. Esto puede entenderse como que el aire acondicionado funciona a plena capacidad de enfriamiento durante 6 horas, mientras que la unidad de enfriamiento por líquido solo necesita funcionar durante 1 hora para lograr el mismo efecto de enfriamiento.

2. Bajo la condición de temperatura igual de la batería, por ejemplo, iniciando el trabajo a 20°C, después de operar bajo las mismas condiciones durante 2 horas, Incluso si el sistema deja de cargar y descargar, el sistema de enfriamiento por aire forzado aún debe seguir funcionando para la refrigeración, a fin de garantizar que la temperatura central tienda a alcanzar el valor normal. El tiempo que tarda el sistema de refrigeración líquida en acercarse al valor normal es 1/6 del tiempo que tarda el sistema de refrigeración por aire.

3. Consumo de energía en refrigeración por aire forzado: aire acondicionado + ventilador del gabinete eléctrico; Consumo de energía en refrigeración por líquido: unidad de refrigeración por líquido + ventilador del gabinete eléctrico (algunos fabricantes utilizan refrigeración por líquido integrada para toda la máquina).

4. Bajo las mismas condiciones, manteniendo la misma temperatura, el consumo de energía de la refrigeración por aire forzado es mayor que el de la refrigeración por líquido.

Capítulo 4: Comparación de la complejidad del diseño

A: Sistema de enfriamiento por aire forzado

Tomando EnerArk2.0 como ejemplo, el diseño del sistema de almacenamiento de energía con enfriamiento por aire es relativamente sencillo; principalmente implica la instalación de ventiladores de refrigeración y el diseño de vías de circulación del aire.

1. Los componentes principales de la refrigeración por aire forzado son el aire acondicionado y los conductos de aire. El sistema de aire acondicionado se encarga de la refrigeración, y los conductos de aire facilitan el intercambio térmico.

2. En la aplicación de proyectos de almacenamiento de energía, debido a las variaciones en la densidad energética de las baterías, sus posiciones y capacidades entre diferentes sistemas de almacenamiento de energía, es necesario personalizar el diseño de los conductos de aire para controlar la dirección del flujo de aire dentro del sistema.

B: Sistema de refrigeración líquida

El diseño de refrigeración líquida suele ser más complejo, ya que requiere considerar la disposición del sistema de circulación del líquido, la selección de la bomba, la circulación del refrigerante y el mantenimiento, entre otros aspectos.

1. La placa de enfriamiento refrigerada por líquido (también conocida como placa de disipación de calor refrigerada por agua), instalada en la fuente de calor, junto con el intercambiador de calor y la bomba de calor, disipa el calor mediante la circulación de un fluido.

2. En general, la tecnología de refrigeración líquida de la unidad de enfriamiento en sistemas de almacenamiento de energía se aplica cuando los sistemas de convección forzada o de cambio de fase no pueden lograr una disipación térmica eficaz, especialmente en entornos con alta densidad de energía térmica.

C: Complejidad del diseño — tecnología de enfriamiento por aire forzado frente a tecnología de enfriamiento por líquido ( La fuente roja arriba indica los desafíos de diseño.)

Conclusión: El diseño del sistema de refrigeración líquida es más complicado que el de un sistema de refrigeración por aire forzado.

Capítulo 5: Comparación de la eficiencia de utilización espacial

Resumen:

1. Con la misma huella, el sistema de refrigeración líquida puede lograr una mayor integración energética.

2. Para la misma integración de energía (200 kWh), los sistemas de enfriamiento por aire forzado superan a los sistemas de enfriamiento por líquido.

¡Sigue atento!

Próximo número: Centrándonos en los sistemas de almacenamiento de energía - Tecnología de enfriamiento por aire forzado frente a tecnología de enfriamiento líquido (Parte 2), ¡estén atentos!

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