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エネルギー貯蔵分野における液浸液体冷却技術の探究、応用、製品化
2025.01.14 tony.liu@walmate.com

最近、編集者は多くの企業が液浸液冷却エネルギー貯蔵に注目し、計画していることに気付きました。しばらく沈黙していた液浸液冷却技術は再び注目を集め、再び人気が出ているようです。多くの同業者もこの発展に注目していると思います。


1- 液浸液冷却技術の特徴

エネルギー貯蔵セルは300Ah以上に向かっており、エネルギー貯蔵システムは5MWh以上に向かっています。セルが大きくなるほど発熱量が多くなり、放熱が難しくなり、温度の一貫性を確保することが難しくなります。また、エネルギー貯蔵システムは多数の積層セルで構成されており、動作条件が複雑で変化しやすいため、発熱の不均一や温度分布の不均一が発生しやすくなります。放熱と温度均一性の問題が適切に解決されないと、バッテリーの充放電性能、容量、寿命が低下し、システム全体の性能に影響を及ぼします。さらに、安全性は常にリチウム電池のエネルギー貯蔵にかかっている「ダモクレスの剣」であり、安全性を向上させる最も一般的な方法は、本質的安全性、能動的安全性、受動的安全性の3つの側面に向かうことです。

浸漬液冷却は、バッテリーセルを絶縁性、無毒、放熱性の液体に浸すことです。冷却剤は、より高い熱伝導率と比熱容量を持っています。この直接接触方式は、非常に高い熱伝達効率を提供すると同時に、温度均一性も向上させます。また、冷却剤は温度制御媒体であることに加えて、エネルギー貯蔵システムの消火液としても使用でき、温度制御と防火を兼ね備えており、これも浸漬液冷却技術の重要な特徴です。より高い放熱性能とより強力な安全性が求められる業界では、浸漬液冷却が間違いなくより多くの利点を持つことになります。

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図1: 浸漬型液冷式エネルギー貯蔵バッテリーパックボックス


2- 浸漬液冷却エネルギー貯蔵システムソリューション

液冷技術の1分野として、浸漬液冷技術はエネルギー貯蔵業界で初めて使用されたわけではありません。最初は高性能コンピューティングの分野で使用され、その後、データセンター、人工知能、暗号通貨などに徐々に拡大しました。

浸漬液冷エネルギー貯蔵システムの設計の本来の意図は、従来の空冷と間接液冷の冷却効率とバッテリー温度差制御の欠点を解決することです。南方電力網梅州宝湖プロジェクトの正式な稼働は、最先端技術である浸漬液冷が新しいエネルギー貯蔵工学の分野でうまく応用されたことを示しています。

冷却方式と冷媒循環方式

冷却方式は単相と相変化に分かれています。単相浸漬液冷却が使用され、主に鉱油、シリコーン油、天然エステルなどが含まれます。他の方式では、主にハイドロフルオロエーテルに代表される二相浸漬液冷却が使用され、相変化潜熱を利用して放熱し、放熱効率を向上させます。不完全な統計によると、「単相浸漬液冷却」方式は、現在リリースされている浸漬液冷却エネルギー貯蔵システムの中で最も一般的です。

冷却剤の循環モードの違いにより、単相浸漬液冷却には、自然対流、ポンプ駆動、浸漬結合コールドプレート液冷却の3つの技術ルートがあります。自然対流は、加熱後の液体の体積膨張と密度低下の特性を利用して、高温の冷却剤の浮上と冷却後の沈降を実現し、循環放熱を完了します。ポンプ駆動システムの核心は、液体冷却ユニットが冷却剤を駆動して液体冷却パイプラインとバッテリー浸漬ボックスの間で循環させ、循環放熱プロセス全体を完了することです。浸漬結合プレート液体冷却方式では、バッテリーを誘電液に浸し、誘電液と接触する冷却プレートを使用して熱を取り除き、誘電液を冷却するための複雑な二次回路の使用を回避します。

製品形態と統合ソリューション

浸漬液冷式エネルギー貯蔵システムの統合ソリューションの反復は、全体から部分、そして細部へと進むプロセスです。各ステップは、前の段階に基づいて最適化および改善され、より高いパフォーマンスと安全性を実現します。

キャビンレベルからパックレベルまで、システム統合テクノロジーはシーンのカスタマイズの特徴を示しています。エネルギー貯蔵シナリオの多様化により、エネルギー貯蔵システムに対する需要が異なります。単一の製品では市場の需要を満たすことはできません。モジュール設計により、プロジェクトの規模と電力需要に応じてエネルギー貯蔵製品を最適化および拡張でき、さまざまなアプリケーションシナリオとニーズに応じてエネルギー貯蔵ソリューションを迅速に調整および展開できます。

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3-工業化プロセスにおける課題と実装シナリオ

浸漬型液体冷却エネルギー貯蔵システムは、商業化プロセスにおいて、経済的実現可能性、技術的な複雑さ、市場での受け入れ、業界チェーンの成熟度など、多くの課題に直面します。

技術的な複雑さ: コールドプレート液体冷却システムと比較すると、浸漬液体冷却システムは設計と実装がより複雑です。

産業チェーンの成熟度: 液浸液体冷却技術の産業チェーンはまだ十分に成熟しておらず、より幅広い分野への応用が制限されています。産業チェーンの成熟度は、技術の推進と商業化に直接影響します。

経済的課題: エネルギー貯蔵業界はまだ商業開発の初期段階にあり、収益性の欠如により、高コストの技術ルートが市場に受け入れられることは困難です。多くの企業が一時的な注文に対して低価格で競争しているため、浸漬液冷却の浸透が制限されています。

現在、エネルギー貯蔵産業の主な市場は依然として空冷とコールドプレート液体冷却が主流であり、浸漬液体冷却はまだ市場に完全に受け入れられていません。浸漬液体冷却技術の市場浸透率と受け入れ度は高くありませんが、次のような特殊なシナリオでは大きな可能性を示さない可能性があります。

危険化学品業界: 危険化学品会社は、エネルギー貯蔵設備に対して極めて厳格な安全管理を実施しています。これは、製造・保管する化学物質のほとんどが、可燃性、爆発性、毒性、腐食性が非常に高いためです。事故が発生すると、会社自体に重大な損失をもたらすだけでなく、環境汚染や周辺地域への被害を引き起こす可能性もあります。

基地局とデータセンター: 基地局とデータセンターは、熱暴走に対する許容度が低いです。データセンターのエネルギー貯蔵システムは、システムの安全性を確保するために、安定した性能を持ち、熱暴走を起こしにくいバッテリーを備えている必要があります。電力品質に対する要件は高く、エネルギー貯蔵システムは迅速な応答能力を備えている必要があります。グリッド障害や停電などの緊急事態が発生した場合、エネルギー貯蔵システムは、電力の継続性と安定性を確保するために、直接放電モードに切り替えることができなければなりません。

急速充電ステーション: 高速充電と放電を行うと、バッテリーは短時間で大量の熱を発生します。これにより、バッテリーの温度が高くなりすぎて不均一になり、バッテリーの性能、寿命、安全性に脅威を与えます。つまり、高速充電と放電のシナリオでは、バッテリーの熱管理が特に重要になります。


ご参考になるために、定期に熱設計及び軽量化に関する技術と情報を更新させていただきます。当社にご関心をお持ちいただき、ありがとうございます。