电池储能系统结构及发展趋势.docx

电池储能系统结构及发展趋势第一，结构发展历程。2020年以前储能系统的结构主要以风冷步入式集装箱为主，随着280安时电池的应用，越来越多人进入储能赛道，经过一系列的激烈竞争，技术实现了跨越式发展。容量呈现出越来越大的趋势,陆续提出280、314安时,近期也推出了500+、100o+,容量越来越大，成本集成度也体现出优势。对于电池模块来说，早期基本是一些风冷的结构，常规的都是I*16、24串为主，随着液冷技术的成熟，提出了52、104串的方案。从风冷到液冷的转变，单箱电机数量越来越高，集成度越来越高，液冷相比于风冷有独特的优势，对系统循环寿命也有一定提升。早期步入式集装箱主要是风冷结构为主，中间结构了风冷的提升，就是壁挂式空调的应用，随着液冷的广泛应用，陆续推出了标准集装箱的产品，比如3.35兆瓦时，3.72兆瓦时等，陆续有厂家提出5兆瓦时的解决方案，储能的容量越来越大，有6兆瓦时乃至将近7兆瓦时的20时标准集装箱的能量配置。我们从这三个维度来看，未来储能的发展趋势相信是朝着高集成、低成本、高安全、长寿命的方向来做。第二，储能结构介绍。我们现在见到的这些标准集装箱，往往是基于280安时现有电芯尺寸的标准化生产产生的设计方案，我们选定了20时标准集装箱，如何反过来设计我们认为一个最佳电池模块和电芯的。第三，未来发展趋势。首先定义模块尺寸，集装箱尺寸6058X4238X2896,我们先定义模块长度，如果用集装箱长度定义模块长度，长度上我们可用空间接近54米，这个模块长度尺寸对于制造难度非常大，风险比较高。如果用集装箱宽度定义模块长度，可用空间2.2米，这个尺寸是可以实现的。长度定义完以后，如何定义模块宽度？我们知道集装箱长度可用空间5.4米，我们拿长度定义模块的宽度，目前有几种方式，目前主流见到的集装箱是六列布局，对应的模块宽度790喈米左右。我们要做到高集成的话，列数可以做到越来越少，还可以做到5歹人4歹U、3歹h2歹J,2列模块宽度要做到2.5米，制造性、成木、售后、维修相对比较差。从3、4、5列来选的话，我们认为从集装箱设计的成本和集成度、可制造性来说，3列或者4列将是未来发展的趋势。模块尺寸定义完后，如何把模块设计好？首先看电池模组结构的问题，一是电芯突发失效，二是模组结构失效。电芯失效主要是循环跳水和热时空，原因可能是电芯内部结构出现异常，模组失效主要是钢板断裂等，可能是电芯膨胀力持续增大导致模组强度失效。第一个关键的设计要点，在电芯间要选择具有持续输出力的缓冲隔热材料，保证电芯正常运行，电芯间隔热材料的作用就是让它的失效能提前通过以电压、温度、数据采集提前识别出来，提前预警、提前处理。二是设计可竟的模组框架结构，防止失效。三是隔热垫要填充电芯量，我们可以提升2-3%,放电末端压差是200V以内，保证受力均匀。目前的电芯发展现状，容量来看是逐渐越来越大的趋势，对应的尺寸也越来越大。大容量的电芯储能方面来说，降本方面有显著作用，大容量电芯存在什么问题？关键问题是电池温度不均匀，主要体现在机柱温差大，还有顶部和底部温差大，如何解决？我们用仿真模拟方式来模拟出来理想的尺寸，ECM等效电路模型，我们选了两个参数,选择底面积和高度两个参数作为变量，底面积代表的是散热面，高度代表导热路径，我们得到了一条关系曲线，我们看到底面积与高度比值越大，散热效率越高，温度分布越均匀，温升越低。我们认为当电芯内部温差达到3度以内，对于储能包括电芯产品性能的发挥是最好的。曲线上可以看到，温差均在3度以内的时候，底面积和高度比值大概是0.25。初步得到的结论，底面积和高度的比值大于0.25,可以将电池温差降低50%以上，寿命提升15%以上。总结，未来我们认为储能的发展要围绕高集成、低成本、高安全、长寿命来做。有几个关键的设计要素，一走模块尺寸，在集装箱内设计三列或四列布局，二是可靠模组框架结构，三是高性能缓冲隔热设计，抑制电芯突发失效，电芯尺寸是底面积和高度比值系数在0.25以上。第四，关于我们。我们公司是天津中电新能源研究院有限公司，是中电科蓝天科技股份有限公司的全资子公司，也是本次展会的承办方。这是我们获得的一些企业资质，我们还有一个国家级的实验室。这是研窕院公司的三大业务板块：一是提供电源系统解决方案，主要是电池系统设计开发、生产、销售、服务。二是钠离子电池服务。三是提供系统检验检测服务。这是我们储能项目的一些成功应用的案例,采用我们的设计理念，我们收集了一些实际运行的参数，通过参数的监控可以看到，按照我们的设计理念来做，我们可以将整个充电末端压差控制在100以内，放电末端压差在200以内。这是我本次的演讲，谢谢大家。