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英维克刘军:多种热管理方式赋能储能系统

日期:2021-06-08    来源:中国储能网

国际储能网

2021
06/08
08:43
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关键词: 刘军 英维克 储能系统

5月24-26日,第十一届中国国际储能大会在杭州洲际酒店召开。本次大会主题是“坚守储能安全底线,推动产业创新发展”。

在5月25日上午的”储能系统集成“专场,深圳市英维克科技股份有限公司监事会主席刘军分享了主题报告《多种热管理方式赋能储能系统》。经演讲人本人授权同意,小编整理了演讲速记,并将速记内容分享如下:

刘军:尊敬的各位专家和行业同仁,大家早上好!

我将从以下五方面谈谈英维克对储能热管理系统的思考。首先简单对公司进行介绍。

英维克成立于2005年,是中小上市企业。从目前为止,英维克主要从事数据中心、通信网络、新能源、电动汽车、冷链以及轨道交通等几个大方面的散热管理系统的研发和设计。公司也广泛牵头各种行业的技术标准编写和参与工作。

英维克长期坚持以技术为本,深入进行服务于客户。我们依托于英维克的创新技术研究院,联合外部的西安交通大学、香港科技大学和香港理工大学进行了联合实验室的建设,并通过外部高校和科研机构的专项合作方式,对先进热管理技术、流动控制技术以及空气品质管理和先进材料的研发设计。另外,在目前比较热的方面,就是大家对控制系统算法的研究。

英维克的实验室目前被深圳市发改委命名为新能源客车电动技术的工程实验室,也是广东热管理工程技术研究中心的授予地。我们可以在PPT上看到,我们的实验室有焓差性测试平台、噪声测试平台等等。

英维克也是布局全球的业务,从目前为止,英维克在全国的31个省市具有服务和备件中心。在全球,美国、英国以及韩国、印度、印尼、东南亚等一些国家,常设一些服务中心。

第二部分,业务布局。

公司从如下七大方面进行布局:一是机房温控。主要面对于数据中心,IDC产业。二是机柜温控。主要面对于通信网络、工业4.0以及新能源和储电行业。三是环境控制,四是冷链温控,五是轨道交通列车空调,六是新能源热用空调,七是电子散热产品。我们可以聚焦到电子散热的核心,到模组、液冷管路进行靠近热源的散热方式。

英维克在三大城市群都有生产及研发布局,依托于深圳总部和中山生产研发基地,我们在苏州、上海也都设有生产研发基地,北京是我们的中央技术研究院。

这页PPT展示的是我们在数据中心领域里的应用。大家可以看到,上面的腾讯数据中心,中间的阿里巴巴和秦淮数据中心,这些数据中心可能都和大家有背后的接触,像腾讯大家用到的微信、阿里的天猫和淘宝,以及大家经常用到的抖音和头条,都有英维克产品服务的场景。

下面是一些应用于5G以及通讯网络的产品,这就不详细介绍了。

这些是应用于轨道交通的案例,应用于城际轨道交通新基建的一些项目,有上海的地铁、苏州的地铁、广州和深圳的地铁等等。

这是英维克在新能源大巴里的应用,比如说比亚迪、开沃等电动大巴,有英维克服务的身影。

这是在冷链方面英维克应用的产品,包括生鲜运输以及疫苗的运输,也会看到英维克的身影。

这一系列的产品是我们电子散热的产品,一些热管设备、均热板的设备等等。

这是应用于逆变器散热的技术,在传统的铲齿设备上增加了VC。

这是液冷设备的应用场景。

这是我们的液冷管,下面也是,用了两种不同的加工方式,有的是铅炭。这是应用于CPU和GPU的双节点的液冷模组。

第三部分,储能应用

我重点介绍一下英维克在储能热管理方面的一些思考和应用。

这个背景大家都比较了解了,现在是储能市场的爆发期,很多业内的同行都已经参与到这场盛宴当中。

这是储能的一些应用场景,也不过多介绍,我们在发电侧、电网侧和用户侧都有比较广泛的储能应用性。

这是英维克的一些典型案例。我们可以看到,在储能的行业里的环境特点也是非常多样化的,最左边的就是高海拔的应用,这种场景平均在4000米以上,对整个的电器和微控系统的可靠性要求非常高。第三个是海岛微网的应用,下面是在美国和英国的应用,海外的认证标准和技术的特殊场景的要求,与国内有比较大的差异。

这张图展示的是英维克从2012年起到今年5月份,整个在全球储能热管理的一些应用。可以看到,到目前为止,已经是11个GWh,液冷目前占到了4GWh,从现在的分布来看,还是以美国的量最大,其次是中国。我也相信在未来的10年、20年之内,中国一定会赶超美国。

第四部分,冷却方式。

目前,储能热管理的冷却方式主要有以下五个大方面:空气冷却、相变材料、热管散热、直冷散热和液冷散热。现在应用比较多的是空气冷却,包括这次的展会,很多相关厂家也提出了液冷散热的装置。可以看到,从换热系数来说,空气冷却相对是比较低的,液冷散热相对来说比较高。中间我们看到有直冷散热,它是传统散热的10倍以上散热能力,这种对整个结构的尺寸以及环境的要求都相当高,目前行业内还没有应用,但是在动力电池PACK里,已经在采用这种直冷散热。

这是我们对空气冷却和液体冷却做的对比。可以看到,在冷却对象、冷量密度、安全性、可靠性等方面,液冷占有非常明显的优势,但是在湿度控制、系统复杂性、成本等方面略微逊色。

第五部分,成本寿命。

因为从产品来讲,商业化来讲,如果一个产品没有成本优势,没有可靠性优势,它的商业化之路是非常艰难的。我们可以看到,储能这几年的热管理系统的发展,现在基本上大家都在采用一体化的设计,减少了项目现场的施工以及项目在运输和安装的调试费用。与集装箱集成到一起进行设计。目前,英维克有7.5到20KW的一体式温控系统,可以覆盖目前主流的储能系统。很多应用场景确实是没有办法在集装箱里安装空调,只能把温控系统放到外面,可以看到从12.5KW到55KW,这种全链条的产品都已经有。

从集成方面来看成本的节约,我们刚才说到有很多是要放置到集装箱内部的空调系统,所以我们在设计上做了很大的突破,做了一体化极薄的设计。整个在空调系统的深度上做了非常大的设计,20KW可能深度不足600毫米,这就可以和集装箱、PACK的各个侧结合起来,对集装箱的内部空间做了最大的改善。另外,我们可以将一个大的空调集中分布于在集装箱体的各个门上,是分布式的。

这是我们在液冷系统的一种集中化的设计,相对传统的风冷,液冷系统同尺寸可以兼容更多的冷液段,可以减少了现场安装的费用。下面这个是机柜级,是7.5-15KW,集装箱是20-50KW。

另外,我们从整个储能系统的运行来看,CAPEX和OPEX两种,哪种更节约。前面已经讲了比较多的结构形式的成本价格,另外就是从控制逻辑上,一个是空调系统的控制逻辑,空调和电芯之间的自适应的算法,这两种方面来结合控制策略的优化。那么,我们通过实际的测试,将整个储能的平均系统可以降低33%,第一个就是在待机时间段,可以控制空调系统的待机功耗,第二个就是算法的时候,根据电芯的负荷,来控制空调的功率输出。

这是寿命与安全在风冷系统里风道的设计,英维克所有的产品都会进行气流分布组织的仿真。封闭通道的送风系统,还有一些是开放式的送风系统,经过我们长时间的研发和计算,到现在为止,我们建议最好是采用开放式的送风系统。如果一定要采用封闭式,建议大家用组织片的方式,把流量分配的更好。

这部分是液冷系统的寿命和安全的思考,从英维克的技术布局来看,我们对冷板的设计仿真,液冷口的设计等等,都具备全链路的能力。

最后,和大家分享一下,我们从风冷和液冷的两条路线来看整个电池的温升。其实,储能的热管理管理,我们是在解决电芯的发热,但实际上电芯的发热现在还有很多值得探讨和优化的地方。风冷可能电芯的热传到空气,空气再传到我们的降温系统,液冷是可以直接接触到电芯,介绍了传递的路径。但是实际上,从我们测试的数据来看,常规采用70%制冷量的温控系统对电芯进行测量,我们加大我们的制冷能力,实际上可以在这张图上,真正电芯的表面温度下降的是非常少的,那个在40度,那个可能在38度,是非常小的温度。所以说,在电芯与温控系统的整体集成配合上,可能还有很长的路要走,未来在这方面我们可能也有很多的突破。

这是对储能系统热管理发展的展望:第一,结构形式。风冷、液冷趋向一体化、集成化设计。第二,节能减耗。我们会根据电池的产热模型,优化运行逻辑,有效提高冷却系统综合能效。第三,冷却方式,高倍率选择液冷,低倍率选择风冷。第四,均温和温升。综合利用电池本身的热特性,加强流量分配均匀,有效提高均温性。

以上是我的分享,谢谢大家!


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