Thermische Herausforderung der Energiespeicherung
Der Schwerpunkt der Temperaturkontrolle bei der elektrochemischen Energiespeicherung liegt auf der Verbesserung der Lebensdauer und Sicherheit von Batterien, sodass die Platzbeschränkungen für Temperaturkontrollgeräte relativ locker sind. Normalerweise werden elektrochemische Energiespeicher in Außenumgebungen eingesetzt, weshalb der Stabilität, der Lebensdauer sowie den Betriebs- und Wartungskosten von Temperaturkontrollgeräten mehr Aufmerksamkeit geschenkt wird. Die Anforderungen an Volumen und Gewicht der Ausrüstung sind relativ locker. Derzeit machen luftgekühlte Lösungen einen großen Teil der elektrochemischen Energiespeicherung aus, aber mit der Modernisierung neuer Energiekraftwerke und netzunabhängiger Energiespeicher hin zu größerer Batteriekapazität und höherer Systemleistungsdichte wird auch der Einsatz von Flüssigkeitskühlungslösungen rasch voranschreiten Zunahme.
Der Temperaturkontrollbedarf von Fahrzeugen mit neuer Energie legt mehr Wert auf die Verbesserung der Effizienz des Wärmemanagements und der Genauigkeit der Temperaturkontrolle in festen Räumen. Zusätzlich zur Temperaturkontrolle der Batterie benötigen New-Energy-Fahrzeuge auch eine Temperaturkontrolle des elektronischen Steuerungssystems, des Motors und der Kabine. Aufgrund der höheren Energiedichte von Leistungsbatterien und des begrenzten Karosserieraums erfordert das Wärmemanagement von Fahrzeugen mit neuer Energie höhere Anforderungen an Volumen, Gewicht, Wärmeableitungseffizienz und Temperaturkontrollgenauigkeit.
Die Temperaturkontrollanforderungen von Rechenzentren zielen darauf ab, die Kühlleistung zu erhöhen und die Stromnutzungseffizienz von Rechenzentren zu verringern (PUE=Gesamtgeräteenergieverbrauch von Rechenzentren/IT-Geräteenergieverbrauch). Mit der Verbesserung der Rechenleistung von Chips mit künstlicher Intelligenz ist der Stromverbrauch von Rechenzentren erheblich gestiegen. Daher betont die IDC-Temperaturregelung die Notwendigkeit einer Wärmeableitungseffizienz, um mit der Geschwindigkeit der Verbesserung des Chip-Stromverbrauchs Schritt zu halten. Vor dem Hintergrund verschärfter PUE-Richtlinien muss die Effizienz des Wärmemanagements weiter verbessert und Tauch- und Sprühflüssigkeitskühlungslösungen weiter gefördert werden.
Die Erhöhung des Lade-Entlade-Verhältnisses ist ein Trend bei der Entwicklung der elektrochemischen Energiespeicherung, und auch die Nachfrage nach Wärmemanagement bei der Energiespeicherung wird steigen. Bei Energiespeicherbatterien mit höheren Lade-Entlade-Verhältnissen besteht ein schnelleres Risiko eines thermischen Durchgehens. Daher muss auch die Wärmeübertragungseffizienz des Energiespeicher-Wärmemanagements weiter verbessert werden. Was die Wärmeübertragungseffizienz betrifft, ist die Kühleffizienz aufgrund der höheren spezifischen Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten im Vergleich zu Gasen umso höher, je näher sie an der Wärmequelle liegen. Bei gleichem Stromverbrauch ist die Wärmeableitungstemperatur von flüssigkeitsgekühlten Batteriepaketen um 3-5 Grad niedriger als die von luftgekühlten; Und das Flüssigkeitskühlungssystem erfordert keine Konstruktion von Luftkanälen, wodurch viel Landfläche eingespart werden kann, sodass der Ersatz der Luftkühlung durch Flüssigkeitskühlung auch ein zukünftiger Trend sein wird.
Die Luftkühlung wird nach und nach durch Flüssigkeitskühlung ersetzt, und die Immersionsflüssigkeitskühlung hat die Möglichkeit, die Durchdringungsrate weiter zu steigern, wenn der Preis des Kühlmittels sinkt. Externes Wärmemanagement mit Containern als Wärmemanagementziel kann ein Versuchsansatz für eine weitere Kostenreduzierung bei Wärmemanagementlösungen sein. In der Flüssigkeitskühlungstechnik sind Kaltplatten-Flüssigkeitskühlung und Immersions-Flüssigkeitskühlung zwei gängige Formen. Es gibt verschiedene Lösungen für die Flüssigkeitskühlung. Zu den gängigen und effizienten Lösungen gehören Immersionsflüssigkeitskühlung, Sprühkühlung und Kaltplatten-Flüssigkeitskühlung. Die Immersionsflüssigkeitskühlung bietet eine bessere Leistung, einschließlich Einphasen-/Phasenwechselkühlung, erfordert jedoch höhere thermische und physikalische Eigenschaften, Stabilität, Materialkompatibilität und Isolierung des Kühlmittels, was zu höheren Kosten führt. Gegenwärtig ist die Kaltplatten-Flüssigkeitskühlung eine relativ ausgereifte Flüssigkeitskühlungslösung mit einfacher Installation, guter Materialkompatibilität, geringen Transformationskosten, schneller Entwicklungsgeschwindigkeit und niedrigerem Preis als die Immersionsflüssigkeitskühlung.
Zu den möglichen Entwicklungstrends des zukünftigen Thermomanagements gehören:
1. Luftkühlung wird durch Flüssigkeitskühlung ersetzt,
2. Die Entwicklung des Kaltplattentyps zum Immersionstyp,
3. Externalisierung des Wärmemanagements. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Chip-Rechenleistung, der Batterie-Energiedichte sowie der Lade- und Entladeeffizienz wird auch die von Geräten pro Zeiteinheit erzeugte Wärme deutlich zunehmen. Daher wird die Verbesserung der Wärmeaustauscheffizienz von Temperaturkontrollsystemen zum Trend der Branchenentwicklung werden.
