鋰電池儲能系統(tǒng)的冷卻方式,關(guān)系到系統(tǒng)的安全,成本和效率等多個方面,目前主要的冷卻方式有自然冷卻、強制風(fēng)冷和液冷三種方式,分別應(yīng)用在不同的場合,在大型集裝箱儲能規(guī)?;瘧?yīng)用中,液冷儲能系統(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)濟性等各方面。
儲能液冷和風(fēng)冷的區(qū)別是什么?
(1)自然冷卻。自然冷卻是利用金屬材料的高導(dǎo)熱性來帶走熱量,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(fēng)冷。強制對流用于散熱,是在有特別風(fēng)速要求的情況下,風(fēng)速可通過專用或系統(tǒng)級的風(fēng)扇實現(xiàn)對流。配置風(fēng)扇散熱器、高密度齒片組件以及換熱器可產(chǎn)生對沖或者交叉氣流環(huán)境,實現(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(huán)蒸發(fā)和冷凝來進行散熱。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一步提高散熱能力。
(3)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)用在強制對流或相變系統(tǒng)不能達到散熱效果熱能量密度極高的環(huán)境中。
在儲能系統(tǒng)中,目前小功率的系統(tǒng),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(tǒng),如便攜式電源、戶用儲能系統(tǒng)、UPS,工業(yè)中小型集裝儲能等,一般采用強制風(fēng)冷的方式;電動汽車儲能系統(tǒng),一般采用液冷技術(shù)。目前中大型儲能系統(tǒng),也開始采用液冷技術(shù)。
儲能系統(tǒng)主要指電池儲能系統(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)過串并聯(lián)組成,按照目前常見的40尺2.5MWh風(fēng)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(shù)千個電芯堆放在一起工作,而儲能系統(tǒng)充放電效率約為90%左右,運行時會產(chǎn)生大量的熱量,這些熱量需要及時散發(fā)出去,否則會影響電池壽命甚至出現(xiàn)熱失控進而帶來火災(zāi)風(fēng)險。
目前儲能領(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)延伸過來的,液冷技術(shù)則是從電動汽車借鑒而來。風(fēng)冷散熱通過風(fēng)扇將電芯產(chǎn)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(zhǔn)溫度管理。儲能系統(tǒng)最早普遍采用風(fēng)冷技術(shù),因為該技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、成本低廉,可實現(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)濟性方面存在不少難題,液冷儲能的出現(xiàn)正好解決了上述難題。
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