
儲能係統的冷卻方式關係到儲能係統的安全性、成本和效率。目前主要的冷卻方式有自然冷卻、強制風冷和液冷,分別應用於不同的場合。在大型貨櫃儲能的大規模應用中,液冷儲能係統受到更多關注。那麼,如何選擇各種冷卻方式,就需要綜合考慮系統的安全性、效率、經濟性等面向。
(1)自然冷卻。自然冷卻是利用金屬材料的高導熱性帶走熱量並散發到空氣中的冷卻方法。指沒有特定風速需求的自然對流。所用散熱器為銅、鋁。
(2)強制風冷。採用強制對流散熱。當有特殊風速時,風速可以透過風扇實現對流。風扇散熱器、高密度散熱板及熱交換器的配置,可營造對流或交叉氣流環境,加速熱氣排出,提高散熱效率。
(3)液冷技術。液體冷卻應用是指使用液冷板安裝在熱源處與散熱單元配合以流體循環方式散熱的散熱片(又稱水冷散熱板)。一般來說,液冷技術多用於強制對流相變系統或熱能密度極高而無法達到散熱效果的環境。

在儲能係統中,目前的低功耗系統,如電源組、手機、筆記型電腦等,一般採用自然散熱。中等功率系統,如攜帶式電源、家用儲能係統、UPS、中小型工業貨櫃儲能等,一般採用強制風冷。電動汽車儲能係統一般採用水冷技術。目前,中大型儲能係統也開始採用水冷技術。
儲能係統主要指電池儲能係統,一般由電池系統、PCS系統、BMS系統、監控系統等組成。以目前常見的40英尺2.5MWh風冷儲能貨櫃計算,大約有6510 120Ah電池、2790 280Ah電池以及數千個電池堆疊在一起。儲能係統的充放電效率約為90%,運作時會產生大量熱量,這些熱量需要及時散發,否則會影響電池壽命,甚至發生熱失控,這會帶來火災風險。
風冷散熱透過風扇將電芯產生的熱量帶到外部,液冷散熱透過冷卻液進行熱對流。風冷技術因其結構簡單、技術成熟、成本低廉,首先廣泛應用於儲能係統,可實現快速交付和部署。但風冷系統體積較大,受外部環境影響較大。系統安全性、效率性、經濟性等方面有許多問題。液冷儲能的出現正好解決了上述問題。

儲能液冷系統
1.儲能水冷系統原理
液冷系統是目前動力電池熱管理的熱門研究方向。利用冷卻液大熱容量的性能以及透過循環帶走電池系統多餘熱量的能力,可以達到電池組的最佳工作溫度條件。液冷系統的基本部件包括:液冷板、液冷單元、液冷管路、高低壓線束;冷卻液等
2.儲能液冷系統主要優點
(1)更安全。隨著儲能專案建造規模的不斷增加,單體電池的容量和系統的能量密度也將隨之提高。即使採用高容量電池,建造100MW儲能專案仍需要數十萬甚至數十萬個電池,產生的熱量較多,對儲能的溫控管理提出了更高的要求系統。液冷儲能技術含量較高。它可以透過冷卻劑的對流直接將電芯的熱量散發出去。此方法可控,不受外在條件影響。而且散熱效率高,溫度控制更準確。由於空氣比熱容、對流傳熱係數小等因素,電池風冷技術傳熱效率低,電池發熱量增大,會導致電池溫度較高,有熱失控風險;液冷方案可以依靠大流量的冷卻介質強制電池組散熱,實現電池模組之間的熱量重新分配,可以快速抑制熱失控的持續惡化,降低失控風險。
(2)更經濟。除了安全性之外,儲能係統的一體化設計還應考慮全生命週期的運作和維護。液冷儲能係統更加經濟。儲能係統運作時產生熱量大且散熱不均勻,不僅危及電池儲能係統的安全,而且影響電池壽命。儲能液冷系統透過集群級控制器和智慧溫控均衡控制技術,透過管道和液體流量的設置,使電芯溫度更加均勻。為了達到相同的平均電池溫度,空氣冷卻需要比液體冷卻多2-3倍的能耗。在相同功耗下,風冷電池組最高溫度比液冷高3-5度,液冷功耗更低。
(3)較適合長期儲能。 4h電池儲能係統若繼續採用風冷散熱技術,雖然其結構簡單、成本較低,且電芯產生的熱量透過風扇直接帶至外部,但存在缺點傳熱係數低,冷卻速度慢,需要大面積的散熱通道,其面積會很大。液冷技術具有導熱率高、散熱更均勻、能耗更低、佔地面積更小的優點。液冷儲能係統容器方案散熱效率高。與傳統風冷貨櫃相比,功率密度提升100%,佔地面積節省40%以上。更適合大規模、長期的儲能場景。
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