银隆新能源国际储能研究院院长Brad Hanaue：热管理在大规模锂离子电池系统中的应用分析

 为助力中国储能企业与国际接轨，同时致力于推动中国储能产业机制的建立，实现储能技术商业化，中关村储能产业技术联盟举办的“储能国际峰会暨展览会2018(ESIE  2018)”于2018年4月2-4日在北京国家会议中心举行。奥钛中国技术总工Brad  Hanaue发表题为《热管理在大规模锂离子电池系统中的分析》的演讲，速记内容如下：

好，我们改变一下我们的速度，首先向大家介绍一下热管理在大规模锂离子电池系统中的重要性，这是我们的一个产品，而且也是逐步发展市场上急需的产品，所以有些时候被人们所忽视。我想热管理也是我们未来加以重视一点，首先介绍一下altalrnano，有助于了解电池起作用的过程。

接下来介绍一下热管理所面临的挑战，热的路线图以及热的产生，以及热转移的一些特征，另外对于热管理的系统设计，首先介绍一下altalrnano，altalrnano事实上德国一个州，我们生产在中国的邯郸，从一个矿产起家的。在2005年进行锂电子的开发，后来银隆获取大部分的股份，2008年我们已经私有化，现在百分之百属于银隆集团。

在altalrnano，我们主要投资并且生产高性能的纳米锂电池材料，提供高性能的电池系统以及科技，同时我们提供可再生的电网，包括工业、交通商业解决方案。比如说在这里看到一些储能的系统，这也是我们在全世界的储能系统。总的来说，我们也是受频次监管一个产品，在并网过程中有很多的项目，我们在PGM，在美国有三个系统，在不同的岛上，在夏威夷的岛上，当然也有一些挑战。另外我们在丹麦有我们的系统，另外在中国江北也有我们并网的项目。

altalrnano我们这个ALT关键技术是什么呢?首先最重要是安全，我们有一个非常长的循环和上面的周期，可以说是2.5万+的周期。同时可以看到电网级别的这样一个层面上，我们是3-6倍，比普通的锂电池实现深度的充放电。

另外我们的运营温度的范围是零下40度或者到65度，我们强调低温的充放能力，我们比其它的锂电池有优势的，因为在低温下其它锂电池是有问题的。但是我们技术充电的速度跟耗电的速度可以基本上一致。另外我们可以实现接近超电容器性能表现，然后在10秒钟能够上升到是5C，另外就是寿命，寿命可以在20年以上，然后生命周期的退化是小于2%。另外的话，我要谈一下这个电池系统它的功能，也就是说在储能系统设计的时候的话，都要哪些方面。我非常喜欢这个概念的话，就是一个叫能量缓冲系统，就是说，首先来说这个储电储尽可能的电，我们也需要把电能移进移出，我们需要功率，意味着产生热。因此的话，我们就需要一个能量缓冲的系统，而且它系一个更加有用的一种范式，我们要理解能量和功率之间的平衡，针对不同的应用。

当我们在设计的时候，我们要强调热管理，我相信如果在这个市场上现货的价值，想产生能够给你回报的市场，你就必须强调能量的进出，不光是储能，还要强调能量进出的问题。所以说我坚信最有效的设计，要有最高的所谓能量的通量。这样的话，你强调管理，才能从这里面获得更大的价值。

这是一个路线图，也是非常重要的一点，大家要关注这一点。第三点，不是跟电池系统有关系的，但是的话，没有它也不完整。第一个关键点，要知道产生多少热，要想做到这一点的话，我们要做非常好的特点的分析。包括由于寿命的老化带来一些效应，还有我们要做工作周期做分析。另外的话，它会对电池内部的话带来什么样的热的变化，包括在充电的状态当中，还有顺便热的特点，要把这个放在工作周期里面，要了解热的表现是什么样的?一旦我们了解这方面，了解了电池系统内部热的变化，我们要做高效率的设计，来保证整个电池系统都有安全的问。我们就要设计一个并行的电路来进行热排斥，而且的话，我们要采用FEA跟CFD的工具，有多少热会产生的话，我们要了解在静态状态时候，热会产生多少，同时的话，我们也要了解在充电的时候，它的电池的内部阻抗是什么样的，还有要分析电池的内部阻抗跟温度之间的关系，另外我们也要了解电池的开放线路它的电压跟SOC之间的关系。我们要了解电池内部阻抗跟OCV变化，由于寿命的变化的情况。同时的话要做工作周期的分析，以及所需功率跟时间之间的关系，以及带来的电池SOC的结果，电压、电流等等。

我们在这里面就列出来我们所分析获得一些数据，我们看到电压的曲线，当我们在内部阻抗方面，我们看到有充电跟放电的这一个阻抗的情况，就能告诉我们这个温度变化的情况。整个矩阵都要放在我们计算当中，在这个工作周期分析的话，我们就要了解功率相比时间的变化，我们看到这是非常很小的系统，我们要做600千伏的电压的分析。这时候会产生热，我们把功率相比时间来了解电压还有充电状态的变化，在左边我们看到有电压，这是用蓝线表示的，有两条红线的，蓝线表示电压的变化，是工作周期变化的情况，我们也需要两条红线的状态的分析。大家可以看到从电压的角度来讲，蓝链在我们所要求范围之内，在左边的话我们看到充电状态的时候电压的变化。

通过这样的分析我们可以看到，这个电池系统看上去在这个方面来说很合适的，热怎么样去逃出，我们要看一下热传递的行为，要了解温度的分布。我们去除这个热的时候都在发生什么样的情况，我们要看模块的水平上的情况，还有稳定状态下，还有顺电状态下热的情况，在静态情况下，我们设计一个模型，做了一个工矿，来了解热在这个模块里面。我们做了一个模块，把它设立起来，让我们了解来做一些预告分析，预告性的分析，来对模型的结果跟测试的结果做一个比较，这是比较的结果。这样的话我们有一个工具可以用来探索不同的工矿，而不需要对这个工矿做一个逐个的测试。

我们也做了一些创新，让大家看一下结果。这是一个叫气冷的模块，我们看到它的周边温度是41度，我们看一下在整个的工作周期里面，我们模拟是否跟测试的结果是一样的。而且的话，我们也就这个测试结果做了一个公试，公试的细节不再讲了。我们做了同样的测试，然后想把这个测试的结果放在一个模型里面，形成低线的系统，包括热阻抗和热电容做了一个联系，因此的话我们做了一个公试。在这个公试里面做每一个模块进行考量。如果做整体温度的情况，你要有不同的参数，代表模块的不同地方的参数，让我们了解什么地方出现更高的温度，这个模型有效性怎么样?我们看到预测有12度的温度的上升，大家看到这个线是曲曲折折的，但是我们预测温度上升12度。结果温度上升12.3度，非常重要他们这个曲线的变化，曲折的变化是非常吻合的。这样的话，我们就对温度的预测的话就更加有信心了，在这个工作周期里面，这是一个水冷的模块。

我们看到蓝线是我们的预测，红线是我们实际测试的结果，非常复杂的工作周期里面，我们还是能够把最高温度预测出来，不是静止状态下，而是顺便的工作情况预测出来。

我们怎么做到的?看到工作的周期，可以看到温度的变化，如何把这个热去掉，设计点在什么地方?因为热是一个变量，有高度变化的，我们如何来把它放到设计里面，来建立设计点，一旦我们了解了复杂的工作周期跟温度的变化，然后我们在计算就是稳态的热产生，什么样的形成了最高的温度，我们就找到设计点做一个热管理系统，这样的话，我们就能够对热的波动做更好的管理，大家看到这里面的数据考虑到老化的过程带来的变化。因此热管理系统的话，要做得非常好，要考虑到整个系统的老化的过程带来热的变化，温度的变化。

这是两个关键点，是希望大家记住的，首先的话我们了解电池的特点，热是如何释放出去的，如何进行管理。然后通过工程设计，这里面是一个例子，我们看到单元里面有哪些点，当然这里是共同作用，来实现这个热的释放。这里面有一个例子，就是里面放了一些所谓的冷度层，冷度层就是CFEA，让这个热有效的释放。在这个系统里面分了很多层，在这个之间有冷度层，我们来分析，如何来进行管理，保证这个系统里面的温度有更加平均的分配。作为总结，就是储能系统只要带来经济价值能产生热，这是我的经验告诉我的。未来管理热的话，储能系统的特点，包括在电池层面上热的产生，以及局部的热传递的路径来排斥这些热。一旦这个电池跟模块的特点分析做完了以后，我们在系统的层面上做一些热管理的设计，这方面要特别的关注，这样的话对热管理带来非常好的效果，谢谢大家。

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