锂电储能的高效热管理技术简介

发布时间:2023-03-01

大家知道,不论是锂电池还是储能系统,热管理是电池的安全、寿命以及运行很重要的关键技术。
动力锂电池包和储能系统,除了在重量、体积等方面以外,其他的都是一样的,我们动力锂电池包在体积或者重量密度上要求更高一些,储能系统对重量或者密度方面要求更低一点。但是在循环次数方面,动力锂电池包在寿命周期内大概最多也就是1000-1500次的充放电,但是对于储能系统,充放电的次数单充单放或者两充两放,对于我们商业的充电系统,充放电次数都要接近一万次才能够回收成本,因为我们现在锂电池的成本,特别储能系统以后,我想在明年能不能达到一度电1200-1500之间,即使按照1200来算,一度电商业储能峰谷价差6毛钱,静态的投资回报期也要5年左右,所以他的寿命是非常关键的。
最关键的问题,锂电池的在使用过程中的安全问题。最近电动车发生了很多事故,除了装机造成的机械式的破坏以外,很多是自燃造成的事故。包括我们在国际上最受关注的特斯拉,在热控技术方面做的最好,他的车辆也发生了好多次自燃。
分析一下自燃的原因,机械的不说了,因为是不可抗力或者外界冲击挤压之下造成的破坏,主要说一下电化学的诱引,局部热失控造成的电池的燃烧的问题。主要是因为电池里边有一些杂质,这是主要原因之一。在充放电的时候会造成下面的情况。最终导致局部的温度升高,在温度不能够控制的情况下会造成电池内部的膨胀以及破裂,从而产生自燃。目前是在汽车领域,电动车里面,热管理技术是热能,热能是在停车的情况下,热能会停止运营,一旦发生剧本的温度升高,是没有办法把部分温度降下来,或者把热量导出去,这是一般停车的情况下发生自燃,我们认为这是主要的诱因之一。
热管理不好对动力锂电池包,对寿命产生及其重要的影响,首先温度不均匀问题,这个问题在国内目前认识程度不是很高,电芯单体内部以及单体之间温度的变化,温度差会对电池的寿命产生很大的影响。还有高温问题,这一点大家比较清楚,温度超过一定的范围以后,寿命会衰减。还有一个是低温问题,主要是在北方,充放电都会受到很大的影响,这个大家都比较清楚。
分享一下我们在做的测试结果。比如说我们在一个封闭的小空间里面做一个模组,电池,在25度的情况下,升在充电的时候温度达到43度,这是一个小的模组,在电池包里面温度比室内更高。
低温情况下,比如说零下10度以下,基本上磷酸铁锂无法进行的充放电。这是我们现在的热管理上面的一些问题。
目前动力锂电池包有哪些热管理技术?我想下面展示一下,首先空冷技术,在储电系统里面大家已经用到了,但是在动力锂电池包,因为防护等级要求比较高空冷技术从防护等级角度来讲很难用,空冷的情况下,进风口温度比较低,出风口温度比较高,温差比较大,国际上不采用这种技术。国内流行的是液冷技术,大家知道特斯拉的技术,我们定义为全表面液冷技术,电池包里面,原来是1850现在是2170,每一个表面都会有一个冷却管,能够保证电池的温度差基本维持在3度-5度以内,号称3度,电池包里面电芯温度差不超过3度。这样能保证他们的电池在运行25公里以后,衰减程度不会超过5%。


还有底版热冷技术,这是国内比较采用的,液冷技术在电池包下面底版下采用液冷板,通过防冻液把上面的温度带走。问题是电芯的温度差。
这是另外一个通用汽车,也是全表面液冷技术,因为液冷底部焊接点太多,目前没有商业化。
总结一下:目前现在第一,电池一般采用液冷技术,一个特斯拉的液冷技术和国际和国内采用的底版液冷技术。我们现在给大家展示的是我们利用新材料,表面上是一个铝材,这个材料里面有十几只独立运行的微热管,这个材料导热性能是铝材的5000倍,是石墨稀的200倍,利用这个导热材料可以把电芯的热量很快的导出来,如果没有这种材料的话,用于普通的铝板夹在电芯里面一个电芯里面温差可以达到17度。采用我们的材料以后,可以实现电芯内部温差在3度以内。
我想把这个图片展示一下,采用我们这种冷却技术以后,可以实现电芯的温度差在3度以内,同时在20分钟之内把负20度的电芯可以加热到0度以上,加热到0度以上属于正常状态,本身冷却系统耗能非常小,我们是两套冷却机制,在室外温度比较低的情况下采用风冷。同时在高温的情况下,我们用液冷给电池冷却一下,能够把电池温度控制在35度以内,这样保证电池寿命达到理论寿命。旁边有个产品展览,大家如果有兴趣的话可以去交流。
大致方式,跟我们实际产品有一定的区别的,我们在电芯之间布置导热材料,把热导到电池包外面来,在外面通过风冷和液冷的方式,能够保证跟电芯完全物理隔离,所以安全程度是比较高的。这是材料的一个特点,导热性能非常高。原理是热管原理。
我们材料在将近100度的热水里面,同时将我们的材料和一个铝板放在这个热水里面,在一米左右的高度上面测它的温度,左边是普通的铝板,右边是我们的材料,在几秒钟内温度上升到80多度,这边的温度基本上没有变化。