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赵耀华:锂电储能的高效热管理技术

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第八届“储能国际峰会暨展览会2019(ESIE2019)”于5月18-20日在国家会议中心(北京)盛大启幕,主题聚焦“技术应用双创新,规模储能新起点”,将开展主题演讲、展览展示、创新大赛、专题研讨、项目考察、新品发布、技术交流等多种活动。

淄博博一新能源科技发展有限公司董事长 赵耀华

以下为发言实录:

赵耀华:我是来自于博一新能源的赵耀华。我今天给大家分享的题目是“基于高效热导材料锂电池热管理系统。

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。我今天讲的片子主要是针对于锂电池包的热管理技术向大家做一个汇报。

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个高。

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,因为时间关系不讲太多了。

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。

时间关系,我就讲到这里。