瑞浦兰钧:如何优化储能系统热管理与安全设计?

OFweek储能网 中字

2023年8月29日,由OFweek维科网和维科网储能共同举办的“OFweek 2023(第三届)储能技术与应用高峰论坛”在深圳成功举办。

本次论坛以“助力双碳,储赢未来”为主题,论坛现场,聚集了储能行业众多专家和优秀企业高层,与来自全国各地的储能精英人士齐聚鹏城,共话新型储能产业发展现状与挑战,探讨储能系统热管理与安全,分析光储融合数字化可行性,分享储热技术及其在电池热管理领域的应用成果,展望碳酸锂价格回归理性后,钠离子电池的储能应用前景,力求促进储能行业高质量快速发展,为我国实现“双碳”目标贡献力量。

本次论坛上,瑞浦兰钧储能事业部技术经理罗斌发表了题为《储能系统热管理与安全设计探讨》的精彩演讲。

罗斌介绍,储能电池温度会影响到电池的循环寿命和日历寿命,极端温度可能会引起电池析锂和热失控。此外,电池温度还会限制电池功率及容量,可能无法满足储能系统的功率需求。因此,为实现储能电池更高倍率充放电,提高经济效益,保障储能安全,储能系统热管理尤其重要。

储能热管理系统由冷却系统、加热系统、保温系统、热扩散防护系统等组成,可保证电池在使用工况中处于合理的温度范围。当前储能热管理技术主要有风冷和液冷两种技术。

风冷主要分为两种:自然冷却是利用自然风压、空气温差、空气密度差等对电池进行散热处理,不过,自然冷却效率较低,且集装箱或预制箱内空间狭小,空气流通不便,难以达到温控要求;强迫风冷散热方式采用工业空调和风扇进行制冷,通过压缩机和制冷剂的协同作用,可控制舱内温度低于外部环境温度,实现内、外部温度逆差。

液冷系统主要包括电池散热板、配水管线路和制冷/供液系统低温冷却液流经电池系统内部与电芯发生热交换以后,再流回热交换器与低温制冷剂进行热交换,从而将电池产生的热量带出电池系统。

储能电池热管理开发流程包括热管理参数设定和概念方案开发、热管理方案设计、工况模拟分析、匹配系统要求等步骤组成。为开发出可靠的储能热管理系统,一维仿真和三维仿真等仿真开发工具尤为关键。

三维仿真,指基于真实的3D模型,对模型进行简化后划分网格,以动量、能量、质量守恒方程为基础,把流场的控制方程组用数值方法离散到一系列网格节点上,并求其离散数值解的一种分析方法。可得到可视化的结果。

一维仿真,则是基于质点的概念进行离散,根据传热路径进行一维建模,运用理论公式和性能曲线进行计算。

两种仿真开发工具相辅相成,一维仿真为三维仿真提供发热量、优化后的策略等数据;三维仿真给一维仿真提供系统热阻及电芯温度等数据,来校准1D模型;减少一维仿真的模拟误差。两者结合建立联合仿真模型后,可以在各种瞬态或循环条件下快速获得仿真结果,大大提高仿真效率。

罗斌进一步指出,储能电池安全构成主要包括4个方面:机械安全、E/E安全、热安全、化学安全。

其中,罗斌详细介绍了电池模组起火的原因,包括高温烟气点燃结构件或线束、高温可燃烟气遇到空气燃烧、电解液遇到高温物体燃烧、可燃气体/液体被电弧点燃。在电池安全预警方面通过将电池热管理参数/外部使用工况(电流)以及电池温度计算算法与BMS进行结合,让BMS可以预测储能电池的温度,可智能控制热管理。

最后,罗斌对瑞浦兰钧及公司储能产品进行了介绍。

瑞浦兰钧成立于2017年,注册资金21.6亿元,2022年公司销售额为120亿元,目前正在冲刺IPO。按照计划,2027年,公司将突破千亿销售额,登榜全球动力电池企业TOP4。

储能产品方面,公司的A16风冷储能系统具有同冷暖(温差2℃)、多兼容、高安全、密集成、可升级、高寿命(10000次标准循环)等优点;Y52液冷储能系统具有一致温控、三级架构、升级扩容、多重防火、高密集成、系统安全、长程服役(10000次标准循环)等优点。

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