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    儲能液冷技術發展情況

    作者:劉繼茂 郭軍 來源:興儲世紀科技股份有限公司 發布時間:2022-07-03 瀏覽:

    中國儲能網訊:鋰電池儲能系統的冷卻方式,關系到系統的安全,成本和效率等多個方面,目前主要的冷卻方式有自然冷卻、強制風冷和液冷三種方式,分別應用在不同的場合,在大型集裝箱儲能規?;瘧弥?,液冷儲能系統受到較多關注。那么,各種冷卻方式應該如何選擇,需要綜合考慮系統的安全、效率、經濟性等各方面。

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

    (2)強制風冷。強制對流用于散熱,是在有特別風速要求的情況下,風速可通過專用或系統級的風扇實現對流。配置風扇散熱器、高密度齒片組件以及換熱器可產生對沖或者交叉氣流環境,實現加速帶走熱量提高散熱效率。風冷還可以配合流體相變散熱技術來使用,流體相變一般采用封閉銅熱管,通過沸點低的液體快速循環蒸發和冷凝來進行散熱。如果產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一步提高散熱能力。

    (3)液冷技術。液冷應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,以流體循環方式散熱。一般情況下,液冷技術應用在強制對流或相變系統不能達到散熱效果熱能量密度極高的環境中。

    在儲能系統中,目前小功率的系統,如充電寶、手機、手提電腦等,一般采用自然散熱的方式,中功率系統,如便攜式電源、戶用儲能系統、UPS,工業中小型集裝儲能等,一般采用強制風冷的方式;電動汽車儲能系統,一般采用液冷技術。目前中大型儲能系統,也開始采用液冷技術。

    儲能系統主要指電池儲能系統,一般是由電池系統、PCS系統、BMS系統、監控系統等組成。其中電池系統由電池單體經過串并聯組成,按照目前常見的40尺2.5MWh風冷儲能集裝箱計算,大約需要120Ah的電芯6510個,280Ah的電芯2790個,數千個電芯堆放在一起工作,而儲能系統充放電效率約為90%左右,運行時會產生大量的熱量,這些熱量需要及時散發出去,否則會影響電池壽命甚至出現熱失控進而帶來火災風險。

    目前儲能領域溫控技術主要包含風冷和液冷兩種。風冷散熱技術是從空調延伸過來的,液冷技術則是從電動汽車借鑒而來。風冷散熱通過風扇將電芯產生的熱量帶到外部,液冷散熱通過冷卻液對流換熱,可以對每一個電芯進行精準溫度管理。儲能系統最早普遍采用風冷技術,因為該技術結構簡單、技術成熟、成本低廉,可實現快速交付部署,但風冷系統體積較大,受外部環境影響較大,在系統安全、效率和經濟性方面存在不少難題,液冷儲能的出現正好解決了上述難題。

    興儲世紀在項目中應用的儲能裝置

    1、儲能液冷系統原理

    液冷系統,是當前動力電池熱管理的熱門研究方向,利用冷卻液熱容量大且通過循環可以帶走電池系統多余熱量的性能,實現電池包的最佳工作溫度條件。液冷統的基本組成包括:液冷板,液冷機組(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),提高系統集成度,降低成本;液冷機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液冷機組,一般用于單個戶外柜;集中式采用一個集裝箱系統配置一臺或2臺液冷機組。

    2、儲能液冷系統主要優勢度

    (1)更安全,隨著儲能項目建設規模的不斷增大,電池單體容量和系統能量密度都隨之提高,即使采用大容量電芯,建設百兆瓦的儲能項目仍然需要十幾萬甚至幾十萬個電芯組合在一起,這將會產生更大的熱量,對儲能系統溫控管理也提出更高要求。液冷儲能技術含量高,通過冷卻液對流直接對電芯散熱,方式可控,不受外界條件影響,而且散熱效率高,對溫度的控制更精確。由于空氣比熱容、對流換熱系數小等因素,電池風冷技術換熱效率低,電池發熱量增大,會導致電池溫度過高,存在熱失控風險;液冷方案可以依靠大流量的載冷介質來強制電池包散熱和實現電池模塊之間的熱量重新分配,可以快速抑制熱失控持續惡化,降低失控風險。

    (2)更經濟,儲能系統集成設計除了安全,還要考慮到全生命周期的運行維護,液冷儲能系統經濟性更優。儲能系統運行產熱大且散熱不均,除危及電池儲能系統安全外,還會影響電池壽命。通過簇級控制器和智能溫控均衡控制技術,儲能液冷系統可通過管道的設置和液體流量的設置,使得電芯的溫度更均勻。為了達到相同的電池平均溫度,風冷需要比液冷高2-3倍的能耗。相同功耗下電池包的最高溫度,風冷比液冷要高3-5攝氏度,液冷的功耗更低。

    (3)更適合長時儲能,從2021年到現在,全國各地陸續出臺了多項儲能配比的相關政策,其中涉及到兩個指標,一個是功率占比,一個是儲能時長,功率占比從5%到30%不等,儲能時長從1h到4h不等。4h電池儲能系統如果繼續采用風冷散熱技術,雖然其結構簡單、成本較低,直接通過風扇將電芯產生的熱量帶到外部,但存在換熱系數低、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。液冷技術具有導熱率高、散熱更均勻、能耗較低、占地面積少等優勢,液冷儲能系統集裝箱解決方案,散熱效率高,相較于傳統風冷集裝箱,功率密度提升100%,節省占地面積40%以上,更適合大規模和長時儲能場景應用。

    作者:劉繼茂 郭軍

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    關鍵字:儲能液冷技術

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