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聚焦储能系统- 风冷技术VS液冷技术 Part1

聚焦储能系统- 风冷技术VS液冷技术 Part1

2023-12-29 22:00

因为电池热特性,热管理成为电化学储能产业链关键一环。从产业链价值量拆分来看,储能系统中电池成本占比约55%,PCS占比约20%,BMS和EMS合计占比约11%,热管理约占2%-4%。热管理价值量占比相对较低,但却起着至关重要的作用,是保证储能系统持续安全运行的关键。

目前,储能系统热管理技术主要有两种主流方案,分别为风冷系统和液冷系统,本文将分为上下两期来对两种冷却系统从寿命、温控、能耗、设计复杂程度、空间利用率、噪音、生产安装、售后、运维和成本10个方面做出对比分析。

名词解释

热管理技术:包括风冷、液冷、热管冷却、相变冷却,其中后两者尚处实验室阶段。

风冷:风冷系统的主要设备包括空调、风道及模组风扇等,风扇安装于模组正前方的位置。模组风扇将模组内电芯散出热量带出至预制舱风道,预制舱内的空调系统通过热对流的方式散热。

液冷:液冷系统指使用液体作为热量传导媒介,通过冷却液与发热部件直接或间接接触的方式换热,将发热部件产生的热量带走的一种散热技术。

(一) 寿命对比

以A品牌 100Ah(P1、P2)、B品牌 100Ah(P3)为例,0.5C充放电,电池衰减曲线如下所示:

1、从P1-P2衰减曲线可看出:P1---25℃ 6500次@80%EOL(A品牌电芯),P2---45℃ 2500次@80%EOL(A品牌电芯),温度提升20℃,循环寿命减少了4000次;

2、P3主要体现了25℃ 5000次@80%EOL(B品牌电芯), 45℃ 2000次@80%EOL  (B品牌电芯),温度提升20℃,循环寿命减少了3000次;

3、最后从P4---主要零部件使用寿命对比可得出:液冷主要零部件使用寿命较短;电芯的运行环境温度对电芯的循环寿命影响较大,随着电池运行温度的升高电池的循环次数会相应减少。

(二) 温控对比

总结:

1、风冷系统(EnerArk2.0)电池在运行时,温度约为31-38℃,液冷系统参考厂商A(30℃)、厂商B(30℃),正常电池最佳运行温度为30-35℃,可见在电池运行温度上面,风冷相较液冷具有同样的优势;

2、液冷系统温差:厂商A(<5℃)、厂商B(<3℃);风冷系统温差(EnerArk<7℃)。电芯工作温度差太大,电芯一致性会越来越差,风冷通过改善风道能够实现温差<4℃(EnerArk2.0目标值),那么风冷液冷对电池效果都是一样的。

(三)能耗对比

以英维克相同制冷量3kW为例:

总结:

1、对比换热能力可以看到:液冷的换热能力是风冷的6倍:可以理解为风冷空调全力制冷6小时,液冷机组只需要制冷1小时;

2、同等电池均温下:例如起始温度为20℃开始工作,同等工况运行2h后,即使系统停止充放电,风冷系统仍需要继续工作制冷以确保电芯温度能够趋于正常值,而液冷系统趋于正常值的时间则为风冷系统的1/6;

3、风冷功耗:空调+电气仓风扇;液冷功耗:液冷机组+电气仓风扇(部分厂家为整机液冷)。

4、同等条件下,维持同等温度,风冷的功耗高于液冷。

(四) 设计复杂程度对比

(1)风冷系统

以EnerArk2.0为例,风冷储能系统的设计相对简单,主要是安装散热风扇和空气流通路径的设计。

1、风冷的核心是空调和风道。空调制冷,风道交换热量;

2、在储能项目的应用中,由于不同储能系统的电池能量密度、摆放位置、容量大小等有所不同,因此需要运用风道对系统内空气流向进行定制化设计。

(2) 液冷系统

液冷设计通常更复杂,需要考虑液体循环系统的布局、泵的选择、冷却液的循环和维护等问题。

1、热源处安装的液冷冷却板(也叫水冷散热板),配合热交换器和换热泵,以流体循环方式散热;

2、一般情况下,储能系统冷却机组液冷技术应用在强制对流或相变系统不能达到散热效果特别是在热能量密度高的环境中。

(3) 设计复杂程度---风冷VS液冷(红色字体表示设计难点)

结论:液冷系统在设计上较风冷系统更为复杂。

 (五) 空间利用率对比

风冷液冷厂家空间利用率对比:

总结:

1、相同占地面积,液冷可以做到更高能量集成;

2、相同能量(200kWh)集成,风冷系统优于液冷系统。

 

敬请期待

下一期:聚焦储能系统-风冷技术VS液冷技术(下),敬请期待!

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