En broma, en el camp del control de la temperatura d'emmagatzematge d'energia, la primera generació era la refrigeració per aire, la segona generació i actualment la dominant era la refrigeració líquida de placa freda, i la refrigeració líquida d'immersió encara s'esforçava per convertir-se en la tercera generació. De sobte, va sorgir la refrigeració directa i va entrar al mercat de manera destacada, competint per la posició del successor de tercera generació.
La indústria d'emmagatzematge d'energia de la Xina ha entrat en una etapa de ràpid desenvolupament, i la innovació tecnològica contínua i la sincronització de múltiples rutes tecnològiques són una de les manifestacions importants d'aquest període.
En particular, a mesura que les cèl·lules d'emmagatzematge d'energia evolucionen cap a una capacitat més gran, la integració del sistema es desenvolupa cap a una escala més gran i una densitat d'energia més gran, i els escenaris d'aplicació es tornen més complexos i diversos, tot això planteja requisits més alts sobre la vida útil, la seguretat, el cost i altres factors de sistemes d'emmagatzematge d'energia. Des de la integració del sistema fins als components bàsics, incloses les cèl·lules, 3S, control de temperatura i protecció contra incendis, la iteració tecnològica continua.
Com a enllaç clau del sistema d'emmagatzematge d'energia, el sistema de control de temperatura té un paper vital en la seguretat, l'eficiència i la vida útil de l'emmagatzematge d'energia. Especialment amb la creixent demanda d'aplicacions com ara l'emmagatzematge d'energia a llarg termini i l'emmagatzematge d'energia d'alta taxa, s'han augmentat els indicadors de rendiment generals dels components de control de temperatura.
Des de la primera generació de refrigeració per aire, fins a la refrigeració líquida de placa freda actual, fins a la refrigeració líquida d'immersió que està rebent una atenció generalitzada, la tecnologia de control de temperatura s'ha desenvolupat en diversos aspectes en els últims anys per optimitzar contínuament problemes com ara la susceptibilitat de la bateria a calor i distribució desigual de la temperatura.
A principis de mes, va arribar una altra gran notícia: CRRC Zhuzhou Institute, juntament amb 14 empreses de la cadena industrial, com Invic, Hisense Network Energy, Tongfei Co., Ltd. i Midea, van llançar un sistema de 6,9 MWh orientat al futur, en el qual l'enllaç de control de temperatura va utilitzar per primera vegada una unitat de refrigeració directa d'emmagatzematge d'energia de 12 kW. Tan bon punt va sortir aquesta notícia, va cridar l'atenció del sector.
La tecnologia de refrigeració directa, que s'utilitzava originàriament en l'àmbit dels vehicles d'energia nova, ha entrat a la indústria de l'emmagatzematge d'energia amb molta esplendor. Hi ha veus de suport d'alt perfil, així com veus d'objecció.
La refrigeració directa té com a objectiu el control de la temperatura d'emmagatzematge d'energia 3.0?
En els últims dos anys, la capacitat instal·lada global d'energies renovables ha crescut ràpidament. Segons l'informe anual del mercat "Energia renovable 2023" publicat per l'Agència Internacional de l'Energia, el 2023, la capacitat instal·lada global d'energia renovable augmentarà un 50% en comparació amb el 2022 i la taxa de creixement de la capacitat instal·lada ha superat la del passat. 30 anys. En aquest context, el desenvolupament de la indústria de l'emmagatzematge d'energia ha donat lloc a un espai de mercat cada cop més ampli.
Al mateix temps, les empreses xineses d'emmagatzematge d'energia es veuen atrapades en un vòrtex de circulació interna. Per sortir, la tecnologia és la competitivitat principal, mentre que l'alta seguretat, el baix cost i l'alta eficiència són els llindars més importants per actualitzar la tecnologia d'emmagatzematge d'energia.
Especialment amb la tendència de les cèl·lules de bateries a gran escala i l'augment de la densitat de potència integrada dels sistemes d'emmagatzematge d'energia, l'eficiència de la bateria i el risc de fuga tèrmica s'han convertit en el focus de la indústria. Entre ells, el sistema de control de temperatura té un paper important.
Mirant de prop l'avenç de la tecnologia de control de temperatura d'emmagatzematge d'energia, el sistema de refrigeració per aire de primera generació era senzill, de baix cost de fabricació i fàcil d'instal·lar; la refrigeració líquida de placa freda de segona generació va començar a utilitzar líquid com a mitjà d'intercanvi de calor, amb una gran capacitat de transport de calor i una alta eficiència d'intercanvi de calor; i la refrigeració líquida per immersió, que encara es troba en les seves primeres etapes de desenvolupament, té els avantatges d'evitar eficaçment la fugida tèrmica i la uniformitat de la temperatura extrema, però està atrapada pel problema de l'alt cost i encara no s'ha resolt.
En un moment en què la indústria s'està desenvolupant ràpidament i la tecnologia s'està iterant ràpidament, el refredament directe va acabar de sobte en un alt perfil. S'informa que la unitat de refrigeració directa d'emmagatzematge d'energia de 12 kW esmentada adopta la tecnologia de refrigeració directa, que redueix les pèrdues d'intercanvi de calor, fa que el sistema sigui més eficient energèticament i redueix els costos; al mateix temps, adopta un disseny que no requereix circulació d'aigua, i el risc de fuites és "zero". La unitat és de mida més petita i té menys soroll, i pot proporcionar una capacitat de refrigeració més gran en un espai limitat, que està en línia amb la tendència de desenvolupament d'augmentar la densitat d'energia dels sistemes d'emmagatzematge d'energia i disminuir l'espai disponible.
Algunes empreses de la cadena de subministrament van dir que la tecnologia de control de temperatura de refrigeració directa proporcionarà més opcions i direccions per al desenvolupament de la indústria d'emmagatzematge d'energia i s'espera que es converteixi en la principal tendència de desenvolupament en el camp de la gestió tèrmica d'emmagatzematge d'energia en el futur.
Algunes empreses han afirmat sense embuts que, com que la calor generada per les cèl·lules de la bateria no està prou concentrada i la calor generada per unitat d'àrea no és molt gran, no hi ha necessitat de tecnologia de refrigeració de transferència de calor d'alta intensitat, com ara la refrigeració directa per resoldre el problema. .
Què és exactament el refredament directe? Segons la informació pública, la refrigeració directa és un disseny de refrigeració minimalista que no requereix circulació d'aigua, permetent que el refrigerant refredi directament la cel·la de la bateria a través de la placa freda de fluor i elimina ràpidament la calor generada mitjançant l'intercanvi de calor.
Actualment, les tecnologies de control de temperatura més habituals són principalment la refrigeració per aire i la refrigeració líquida de placa freda, i la refrigeració líquida per immersió encara es troba en les primeres etapes de desenvolupament. Entre les quatre tecnologies de control de temperatura que es mostren a la taula anterior, excepte la refrigeració per aire, que utilitza l'aire com a mitjà de refrigeració, la refrigeració líquida de placa freda, la refrigeració líquida per immersió i la refrigeració directa utilitzen tot líquid.
Entre les tres tecnologies de refrigeració líquida, només la refrigeració per immersió utilitza el contacte directe submergint les cèl·lules de la bateria directament al líquid d'immersió sense cap enllaç de transferència de calor entremig. La refrigeració líquida de placa freda i la refrigeració directa utilitzen tant contacte indirecte.
Des del punt de vista estructural, la refrigeració directa i la refrigeració líquida de placa freda són força similars. Els experts de la indústria van dir que la tecnologia tradicional de refrigeració líquida de placa freda dissipa la calor a la part inferior de la bateria introduint aigua freda a la placa de refrigeració líquida, mentre que la refrigeració directa substitueix l'aigua de la placa freda de refrigeració líquida per un refrigerant, que després s'utilitza per refredar la pila de la bateria a través d'una placa freda amb fluor.
Tanmateix, tot i que les formes són similars, els principis d'intercanvi de calor d'aquestes dues tecnologies no són exactament els mateixos.
En la refrigeració directa, d'una banda, s'utilitza l'intercanvi de calor de diferència de temperatura. Com que la temperatura del refrigerant és relativament baixa i el propi refrigerant té una capacitat calorífica específica molt més gran que la de l'aigua, es pot aconseguir una eficiència d'intercanvi de calor més alta. D'altra banda, la refrigeració directa també utilitza el principi d'absorció de calor per evaporació, absorbint la calor circumdant transformant el refrigerant de líquid a gas.
En aquest sentit, alguns experts del sector van explicar que "l'alt acoblament del sistema de refrigeració de la bateria amb el sistema d'aire condicionat equival a posar l'evaporador al sistema d'aire condicionat directament al paquet de bateries".
Es pot veure que la quantitat de calor que es pot eliminar mitjançant el refredament directe en aquest mètode d'intercanvi de calor dual és molt més gran que la de la refrigeració líquida de placa freda que es basa simplement en l'intercanvi de calor de diferència de temperatura. L'excel·lent capacitat d'intercanvi de calor i l'eficiència global de la màquina fan que la refrigeració directa sembli tenir un espai de mercat considerable en el camp de l'emmagatzematge d'energia.
De fet, la idea d'aplicar la tecnologia de control de temperatura de refrigeració directa al camp de l'emmagatzematge d'energia s'ha proposat durant molt de temps, però els productes i aplicacions relacionats són relativament rars, fins i tot en noves aplicacions de recerca. El motiu és que la tecnologia de refrigeració directa encara té molts problemes que no s'han trencat.
En la promoció de productes de control de temperatura de refrigeració directe, la seguretat sovint es col·loca en una posició molt destacada. S'informa que una vegada que es produeixi una fuita, el refrigerant s'evaporarà automàticament en gas, fent que el risc de fuites sigui zero, i pot evitar eficaçment curtcircuits elèctrics i fugas tèrmiques causades per fuites de mitjans de refrigeració convencionals.
Val la pena assenyalar que el sistema de refrigeració directa s'enfronta a una major intensitat de pressió. D'una banda, la pressió del fluor és molt més gran que la de l'aigua. La pressió de l'aigua és només uns pocs quilograms, però la pressió del fluor és desenes de quilograms més gran que això; d'altra banda, la pressió d'evaporació del refrigerant generalment arriba a 3-4 atmosferes, mentre que la pressió de treball de la placa de refrigeració líquida es troba generalment a 1,3 atmosferes.
Per tant, el refredament directe augmentarà molt els requisits de resistència a la pressió de la placa freda, les juntes i les canonades. Per exemple, les canonades de niló convencionals no poden suportar aquesta pressió en absolut. El nivell de resistència a la pressió de la placa de refrigeració directa ha de ser almenys 4 vegades la pressió d'evaporació.
A més, la refrigeració directa té requisits molt més elevats per al segellat de la placa freda que la refrigeració líquida tradicional.
Tots aquests factors dificultaran molt que les empreses de la cadena de subministrament iterin la seva tecnologia, i el cost de les peces també augmentarà en conseqüència. Pel que fa al control del sistema, la refrigeració directa també és més complicada perquè cal tenir en compte la distribució del flux entre diferents PACK, el control de la temperatura d'evaporació i el disseny del canal de flux de la placa freda, etc.
Prenent com a exemple el disseny de la direcció del flux de refrigerant a la placa de refrigeració directa, el paquet de bateries no només ha de garantir que les cèl·lules de la bateria funcionin a una temperatura raonable, sinó que també controla la diferència de temperatura entre els diferents mòduls. En general, la diferència de temperatura de les cèl·lules de la bateria no ha de ser superior a 5 graus. Per tant, és especialment important garantir la temperatura uniforme de la mateixa placa freda de la bateria. Per tant, optimitzar la direcció del flux del refrigerant a la placa de refrigeració directa i millorar la uniformitat de la temperatura de la bateria d'emmagatzematge d'energia són les dificultats que ha de superar el sistema de refrigeració directa.
Es pot veure que encara hi ha molts problemes perquè la tecnologia de refrigeració directa s'apliqui realment en el camp de l'emmagatzematge d'energia, i es necessitarà molt de temps per aconseguir una aplicació a gran escala.