儲(chǔ)能液冷技術(shù)發(fā)展情況

鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的冷卻方式，關(guān)系到系統(tǒng)的安全，成本和效率等多個(gè)方面，目前主要的冷卻方式有自然冷卻、強(qiáng)制風(fēng)冷和液冷三種方式

鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的冷卻方式，關(guān)系到系統(tǒng)的安全，成本和效率等多個(gè)方面，目前主要的冷卻方式有自然冷卻、強(qiáng)制風(fēng)冷和液冷三種方式，分別應(yīng)用在不同的場(chǎng)合，在大型集裝箱儲(chǔ)能規(guī)?；瘧?yīng)用中，液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)受到較多關(guān)注。那么，各種冷卻方式應(yīng)該如何選擇，需要綜合考慮系統(tǒng)的安全、效率、經(jīng)濟(jì)性等各方面。

一、自然冷卻

自然冷卻是利用金屬材料的高導(dǎo)熱性來(lái)帶走熱量，并將熱量散發(fā)到空氣中的冷卻方式。即在沒有特定風(fēng)速要求的情況下自然對(duì)流，使用的散熱片是銅鋁板材、鋁擠壓件、機(jī)加工或合金鑄件。

二、強(qiáng)制風(fēng)冷

強(qiáng)制對(duì)流用于散熱，是在有特別風(fēng)速要求的情況下，風(fēng)速可通過(guò)專用或系統(tǒng)級(jí)的風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)對(duì)流。配置風(fēng)扇散熱器、高密度齒片組件以及換熱器可產(chǎn)生對(duì)沖或者交叉氣流環(huán)境，實(shí)現(xiàn)加速帶走熱量提高散熱效率。風(fēng)冷還可以配合流體相變散熱技術(shù)來(lái)使用，流體相變一般采用封閉銅熱管，通過(guò)沸點(diǎn)低的液體快速循環(huán)蒸發(fā)和冷凝來(lái)進(jìn)行散熱。如果產(chǎn)品有高密度和空間限制的情況下，在散熱器中集成了熱管可進(jìn)一步提高散熱能力。

三、液冷技術(shù)

液冷應(yīng)用是指使用在熱源處安裝的液冷冷卻板（也叫水冷散熱板），配合熱交換器和換熱泵，以流體循環(huán)方式散熱。一般情況下，液冷技術(shù)應(yīng)用在強(qiáng)制對(duì)流或相變系統(tǒng)不能達(dá)到散熱效果熱能量密度極高的環(huán)境中。

在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，目前小功率的系統(tǒng)，如充電寶、手機(jī)、手提電腦等，一般采用自然散熱的方式，中功率系統(tǒng)，如便攜式電源、戶用儲(chǔ)能系統(tǒng)、UPS，工業(yè)中小型集裝儲(chǔ)能等，一般采用強(qiáng)制風(fēng)冷的方式；電動(dòng)汽車儲(chǔ)能系統(tǒng)，一般采用液冷技術(shù)。目前中大型儲(chǔ)能系統(tǒng)，也開始采用液冷技術(shù)。

儲(chǔ)能系統(tǒng)主要指電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，一般是由電池系統(tǒng)、PCS系統(tǒng)、BMS系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等組成。其中電池系統(tǒng)由電池單體經(jīng)過(guò)串并聯(lián)組成，按照目前常見的40尺2.5MWh風(fēng)冷儲(chǔ)能集裝箱計(jì)算，大約需要120Ah的電芯6510個(gè)，280Ah的電芯2790個(gè)，數(shù)千個(gè)電芯堆放在一起工作，而儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電效率約為90\%左右，運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些熱量需要及時(shí)散發(fā)出去，否則會(huì)影響電池壽命甚至出現(xiàn)熱失控進(jìn)而帶來(lái)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

目前儲(chǔ)能領(lǐng)域溫控技術(shù)主要包含風(fēng)冷和液冷兩種。風(fēng)冷散熱技術(shù)是從空調(diào)延伸過(guò)來(lái)的，液冷技術(shù)則是從電動(dòng)汽車借鑒而來(lái)。風(fēng)冷散熱通過(guò)風(fēng)扇將電芯產(chǎn)生的熱量帶到外部，液冷散熱通過(guò)冷卻液對(duì)流換熱，可以對(duì)每一個(gè)電芯進(jìn)行精準(zhǔn)溫度管理。儲(chǔ)能系統(tǒng)最早普遍采用風(fēng)冷技術(shù)，因?yàn)樵摷夹g(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、成本低廉，可實(shí)現(xiàn)快速交付部署，但風(fēng)冷系統(tǒng)體積較大，受外部環(huán)境影響較大，在系統(tǒng)安全、效率和經(jīng)濟(jì)性方面存在不少難題，液冷儲(chǔ)能的出現(xiàn)正好解決了上述難題。

儲(chǔ)能液冷系統(tǒng)原理

液冷系統(tǒng)，是當(dāng)前動(dòng)力電池?zé)峁芾淼臒衢T研究方向，利用冷卻液熱容量大且通過(guò)循環(huán)可以帶走電池系統(tǒng)多余熱量的性能，實(shí)現(xiàn)電池包的最佳工作溫度條件。液冷統(tǒng)的基本組成包括：液冷板，液冷機(jī)組（加熱器選配），液冷管路（包括溫度傳感器、閥門），高低壓線束；冷卻液（乙二醇水溶液）等。

電池包的冷卻回路一般都采用并聯(lián)回路，減少電池包之間的溫差；電池包一般都是采用大的電池箱（30-50KWh/Pack)，提高系統(tǒng)集成度，降低成本；液冷機(jī)組布置有分布式和集中式兩種。分布式采用一簇或兩簇配置一臺(tái)液冷機(jī)組，一般用于單個(gè)戶外柜；集中式采用一個(gè)集裝箱系統(tǒng)配置一臺(tái)或2臺(tái)液冷機(jī)組。

儲(chǔ)能液冷系統(tǒng)主要優(yōu)勢(shì)度

（1）更安全，隨著儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模的不斷增大，電池單體容量和系統(tǒng)能量密度都隨之提高，即使采用大容量電芯，建設(shè)百兆瓦的儲(chǔ)能項(xiàng)目仍然需要十幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)個(gè)電芯組合在一起，這將會(huì)產(chǎn)生更大的熱量，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)溫控管理也提出更高要求。液冷儲(chǔ)能技術(shù)含量高，通過(guò)冷卻液對(duì)流直接對(duì)電芯散熱，方式可控，不受外界條件影響，而且散熱效率高，對(duì)溫度的控制更精確。由于空氣比熱容、對(duì)流換熱系數(shù)小等因素，電池風(fēng)冷技術(shù)換熱效率低，電池發(fā)熱量增大，會(huì)導(dǎo)致電池溫度過(guò)高，存在熱失控風(fēng)險(xiǎn)；液冷方案可以依靠大流量的載冷介質(zhì)來(lái)強(qiáng)制電池包散熱和實(shí)現(xiàn)電池模塊之間的熱量重新分配，可以快速抑制熱失控持續(xù)惡化，降低失控風(fēng)險(xiǎn)。

（2）更經(jīng)濟(jì)，儲(chǔ)能系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)除了安全，還要考慮到全生命周期的運(yùn)行維護(hù)，液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)熱大且散熱不均，除危及電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全外，還會(huì)影響電池壽命。通過(guò)簇級(jí)控制器和智能溫控均衡控制技術(shù)，儲(chǔ)能液冷系統(tǒng)可通過(guò)管道的設(shè)置和液體流量的設(shè)置，使得電芯的溫度更均勻。為了達(dá)到相同的電池平均溫度，風(fēng)冷需要比液冷高2-3倍的能耗。相同功耗下電池包的最高溫度，風(fēng)冷比液冷要高3-5攝氏度，液冷的功耗更低。

（3）更適合長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，從2021年到現(xiàn)在，全國(guó)各地陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)儲(chǔ)能配比的相關(guān)政策，其中涉及到兩個(gè)指標(biāo)，一個(gè)是功率占比，一個(gè)是儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)，功率占比從5\%到30\%不等，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)從1h到4h不等。4h電池儲(chǔ)能系統(tǒng)如果繼續(xù)采用風(fēng)冷散熱技術(shù)，雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，直接通過(guò)風(fēng)扇將電芯產(chǎn)生的熱量帶到外部，但存在換熱系數(shù)低、冷卻速度較慢、需要大面積的散熱通道等弊端，其面積將非常巨大。液冷技術(shù)具有導(dǎo)熱率高、散熱更均勻、能耗較低、占地面積少等優(yōu)勢(shì)，液冷儲(chǔ)能系統(tǒng)集裝箱解決方案，散熱效率高，相較于傳統(tǒng)風(fēng)冷集裝箱，功率密度提升100\%，節(jié)省占地面積40\%以上，更適合大規(guī)模和長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能場(chǎng)景應(yīng)用。

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