中國儲能網(wǎng)訊：4月27-28日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦的中國光儲端信協(xié)同發(fā)展大會在重慶國際博覽中心召開。
此次大會以“協(xié)同創(chuàng)新 融合發(fā)展”為主題，設(shè)置開幕式暨碳達峰高峰論壇、工商業(yè)儲能與車網(wǎng)互聯(lián)專場、光儲氫協(xié)同發(fā)展專場、儲能系統(tǒng)集成與智能安全預(yù)警系統(tǒng)專場、人工智能與碳足跡專場五個專場論壇。
來自行業(yè)主管機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的300余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)參加了本次大會對話與交流。
中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會、中國儲能網(wǎng)與中國儲能網(wǎng)聯(lián)合承辦，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會專家委員會提供學術(shù)支持。
4月28日上午，天津中電新能源研究院有限公司技術(shù)中心部長董久豹受邀在光儲氫協(xié)同發(fā)展專場分享主題報告，報告題目《電池儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢》。以下為報告主要內(nèi)容：
董久豹：各位領(lǐng)導、專家、同事大家上午好！非常榮幸在這里跟大家交流和分享，我分享的題目是：電池儲能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢。
第一，結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程。2020年以前儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要以風冷步入式集裝箱為主，隨著280安時電池的應(yīng)用，越來越多人進入儲能賽道，經(jīng)過一系列的激烈競爭，技術(shù)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。容量呈現(xiàn)出越來越大的趨勢，陸續(xù)提出280、314安時，近期也推出了500+、1000+，容量越來越大，成本集成度也體現(xiàn)出優(yōu)勢。對于電池模塊來說，早期基本是一些風冷的結(jié)構(gòu)，常規(guī)的都是14、16、24串為主，隨著液冷技術(shù)的成熟，提出了52、104串的方案。從風冷到液冷的轉(zhuǎn)變，單箱電機數(shù)量越來越高，集成度越來越高，液冷相比于風冷有獨特的優(yōu)勢，對系統(tǒng)循環(huán)壽命也有一定提升。早期步入式集裝箱主要是風冷結(jié)構(gòu)為主，中間結(jié)構(gòu)了風冷的提升，就是壁掛式空調(diào)的應(yīng)用，隨著液冷的廣泛應(yīng)用，陸續(xù)推出了標準集裝箱的產(chǎn)品，比如3.35兆瓦時，3.72兆瓦時等，陸續(xù)有廠家提出5兆瓦時的解決方案，儲能的容量越來越大，有6兆瓦時乃至將近7兆瓦時的20時標準集裝箱的能量配置。
我們從這三個維度來看，未來儲能的發(fā)展趨勢相信是朝著高集成、低成本、高安全、長壽命的方向來做。
第二，儲能結(jié)構(gòu)介紹。我們現(xiàn)在見到的這些標準集裝箱，往往是基于280安時現(xiàn)有電芯尺寸的標準化生產(chǎn)產(chǎn)生的設(shè)計方案，我們選定了20時標準集裝箱，如何反過來設(shè)計我們認為一個最佳電池模塊和電芯的。
第三，未來發(fā)展趨勢。首先定義模塊尺寸，集裝箱尺寸6058X4238X2896，我們先定義模塊長度，如果用集裝箱長度定義模塊長度，長度上我們可用空間接近5.4米，這個模塊長度尺寸對于制造難度非常大，風險比較高。如果用集裝箱寬度定義模塊長度，可用空間2.2米，這個尺寸是可以實現(xiàn)的。長度定義完以后，如何定義模塊寬度？我們知道集裝箱長度可用空間5.4米，我們拿長度定義模塊的寬度，目前有幾種方式，目前主流見到的集裝箱是六列布局，對應(yīng)的模塊寬度790毫米左右。我們要做到高集成的話，列數(shù)可以做到越來越少，還可以做到5列、4列、3列、2列，2列模塊寬度要做到2.5米，制造性、成本、售后、維修相對比較差。從3、4、5列來選的話，我們認為從集裝箱設(shè)計的成本和集成度、可制造性來說，3列或者4列將是未來發(fā)展的趨勢。
模塊尺寸定義完后，如何把模塊設(shè)計好？首先看電池模組結(jié)構(gòu)的問題，一是電芯突發(fā)失效，二是模組結(jié)構(gòu)失效。電芯失效主要是循環(huán)跳水和熱時空，原因可能是電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常，模組失效主要是鋼板斷裂等，可能是電芯膨脹力持續(xù)增大導致模組強度失效。
第一個關(guān)鍵的設(shè)計要點，在電芯間要選擇具有持續(xù)輸出力的緩沖隔熱材料，保證電芯正常運行，電芯間隔熱材料的作用就是讓它的失效能提前通過以電壓、溫度、數(shù)據(jù)采集提前識別出來，提前預(yù)警、提前處理。二是設(shè)計可靠的模組框架結(jié)構(gòu)，防止失效。三是隔熱墊要填充電芯量，我們可以提升2-3%，放電末端壓差是200V以內(nèi)，保證受力均勻。
目前的電芯發(fā)展現(xiàn)狀，容量來看是逐漸越來越大的趨勢，對應(yīng)的尺寸也越來越大。大容量的電芯儲能方面來說，降本方面有顯著作用，大容量電芯存在什么問題？關(guān)鍵問題是電池溫度不均勻，主要體現(xiàn)在機柱溫差大，還有頂部和底部溫差大，如何解決？我們用仿真模擬方式來模擬出來理想的尺寸，ECM等效電路模型，我們選了兩個參數(shù)，選擇底面積和高度兩個參數(shù)作為變量，底面積代表的是散熱面，高度代表導熱路徑，我們得到了一條關(guān)系曲線，我們看到底面積與高度比值越大，散熱效率越高，溫度分布越均勻，溫升越低。我們認為當電芯內(nèi)部溫差達到3度以內(nèi)，對于儲能包括電芯產(chǎn)品性能的發(fā)揮是最好的。曲線上可以看到，溫差均在3度以內(nèi)的時候，底面積和高度比值大概是0.25。初步得到的結(jié)論，底面積和高度的比值大于0.25，可以將電池溫差降低50%以上，壽命提升15%以上。
總結(jié)，未來我們認為儲能的發(fā)展要圍繞高集成、低成本、高安全、長壽命來做。有幾個關(guān)鍵的設(shè)計要素，一是模塊尺寸，在集裝箱內(nèi)設(shè)計三列或四列布局，二是可靠模組框架結(jié)構(gòu)，三是高性能緩沖隔熱設(shè)計，抑制電芯突發(fā)失效，電芯尺寸是底面積和高度比值系數(shù)在0.25以上。
第四，關(guān)于我們。我們公司是天津中電新能源研究院有限公司，是中電科藍天科技股份有限公司的全資子公司，也是本次展會的承辦方。這是我們獲得的一些企業(yè)資質(zhì)，我們還有一個國家級的實驗室。這是研究院公司的三大業(yè)務(wù)板塊：一是提供電源系統(tǒng)解決方案，主要是電池系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)。二是鈉離子電池服務(wù)。三是提供系統(tǒng)檢驗檢測服務(wù)。這是我們儲能項目的一些成功應(yīng)用的案例，采用我們的設(shè)計理念，我們收集了一些實際運行的參數(shù)，通過參數(shù)的監(jiān)控可以看到，按照我們的設(shè)計理念來做，我們可以將整個充電末端壓差控制在100以內(nèi)，放電末端壓差在200以內(nèi)。這是我本次的演講， 謝謝大家。
