에너지 저장 시스템의 핵심 장비인 에너지 저장 컨버터는 전력 변환, 에너지 관리, 그리드 안정성 보장, 에너지 효율 향상 등을 위한 중요한 도구입니다. 에너지 저장 컨버터 전력 장치가 고집적화, 고효율화로 나아가면서, 주파수와 대용량의 발전으로 인해 열 방출에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다.

1-냉각 요구 사항의 변화

l 더 큰 DC 캐빈에 맞춰 컨버터 용량은 계속 증가하고 효율적인 방열 기술은 장비의 신뢰성을 보장합니다.

에너지 저장 셀의 용량이 점점 더 커지면서 에너지 저장 시스템의 용량도 동시에 확장되고 있습니다. 2023년 초 시중에 나와 있는 표준 20피트 단일 셀 배터리 용량은 3.35MWh에 불과했습니다. 하반기에는 많은 배터리 셀 회사가 310+Ah 에너지 저장 제품을 출시했으며, 20피트 단일셀 배터리도 5MWh로 확장됐다. 그러나 5MWh 모델이 업데이트된 지 반년도 채 되지 않아 일부 주요 에너지저장시스템에서는 6MWh와 8MWh 시스템을 출시했다. 일반적인 경험에 따르면 에너지 저장 컨버터는 부하 용량의 1.2배로 구성됩니다. 5MWh 에너지 저장 시스템의 단일 단위 용량은 2.5MW 이상이어야 합니다. 고출력에서는 장비의 안정적인 작동을 보장하기 위해 보다 효율적인 냉각 기술이 필요합니다. 높은 부하를 지속했습니다.

에너지 저장 시스템 통합 토폴로지 체계의 반복적 진화

l DC 고전압 기술을 적용하려면 장치에 더 높은 내압 수준과 절연 강도가 필요하며 전력 장치의 방열이 심각합니다.

대용량 에너지 저장 시스템에 부응하기 위해 DC 고전압 기술은 전압 레벨의 증가를 통해 에너지 절약, 효율성 및 성능 향상을 달성할 수 있습니다. 이제 광전지는 에너지 저장에 관여합니다. 그러나 에너지 저장 PCS의 고전압 진화는 아직 갈 길이 멀고 일부 제조업체는 이를 최적화하여 2000V로 추진하기 시작했습니다. DC 고전압 기술을 적용하면 에너지 저장 컨버터의 전력 전자 장치가 고전압 작업 환경에 적응할 수 있도록 더 높은 내전압 수준과 더 높은 절연 강도를 갖게 됩니다. 고전압 환경에서는 전력 장치의 방열 설계가 더욱 중요해집니다. 전력 장치의 pn 접합 온도는 일반적으로 125°C를 초과할 수 없으며 패키지 쉘의 온도는 85°C를 초과할 수 없습니다.

l 네트워크로 연결된 에너지 저장 시스템에는 복잡한 제어 알고리즘, 회로 설계 및 고전력 밀도 에너지 저장 변환기가 필요합니다.

그리드형 에너지 저장 시스템의 전류원의 본질적인 속성과 달리, 그리드형 에너지 저장 시스템은 본질적으로 전압원이므로 내부적으로 전압 매개변수를 설정하고 안정적인 전압과 주파수를 출력할 수 있습니다. 따라서 동기 발전기의 특성을 시뮬레이션하고, 전압 및 주파수 지원을 제공하고, 전력 시스템의 안정성을 향상시키는 그리드형 컨버터가 필요합니다. 이러한 제어 전략을 위해서는 컨버터에 더 높은 전력 밀도와 더 복잡한 제어 알고리즘이 필요합니다. 그리고 제어 전략을 구현하려면 더 높은 성능의 전력 장치와 더 복잡한 회로 설계가 필요합니다. 고성능을 유지하면서 냉각 시스템의 부피와 비용을 줄이기 위해 높은 전력 밀도와 복잡한 제어 전략으로 인해 발생하는 열을 효과적으로 관리하는 방법은 열 설계의 새로운 과제가 되었습니다.

2-일반적인 냉각 솔루션 비교

에너지 저장 변환기의 방열 솔루션은 최근 몇 년 동안 상당한 반복적 발전을 경험했으며, 이는 주로 전통적인 공냉식에서 액체 냉각 기술로 방열 기술의 전환에 반영됩니다.

l 공기 냉각 솔루션

공기 냉각은 에너지 저장 변환기의 초기 단계에서 사용되는 온도 제어 형태로, 공기를 매체로 사용하여 팬과 라디에이터를 통해 열을 방출합니다. 공랭식 솔루션은 지속적인 에너지 소비 절감, 구조 최적화, 방열 소재 개선을 통해 방열 효율을 향상시킵니다. 2.5MW 전력 수준에서도 공냉식은 여전히 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

l 액체 냉각 솔루션

에너지 저장 시스템의 전력밀도와 에너지 밀도가 지속적으로 증가함에 따라 수냉식 PCS는 열전도율이 높은 냉각수를 매개체로 사용하고, 냉각수를 워터 펌프를 통해 냉각판 내에서 순환시키도록 구동하며 요인의 영향을 받지 않습니다. 고도 및 기압과 같은 영향: 액체 냉각 시스템은 공기 냉각 시스템보다 더 효율적으로 열을 방출하며, 액체 냉각 솔루션은 지난 1~2년 동안 더 높은 수준의 매칭을 제공하기 시작했습니다.

전체 액체 냉각 에너지 저장 솔루션 외에도 일부 제조업체에서는 상변화 직접 냉각을 사용하고 물 순환이 없는 에너지 저장 직접 냉각 기계를 도입했습니다. 직접 냉각 솔루션도 에너지 저장 분야에 진출하고 있습니다.

당사는 열설계와 경량화에 관한 기술과 정보를 정기적으로 업데이트하여 참고할 수 있도록 공유해 드리겠습니다.Walmate에 관심을 가져주셔서 대단히 감사합니다