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储能电池液冷技术对比与解析
发布时间:
2024-10-15
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▍研究背景
国电化学储能市场正处于产业快速发展期,随着技术日新月异,电池容量和功率也在稳步提升。但与此同时,大容量高功率电池组在充放电过程中会产生大量的废热,温度失控已成为困扰行业发展的“心病”。
本文将深入研究现有储能温控技术，并对不同温控技术进行比较。
从测试数据中不难看出，锂离子电池如果超出自身正常工作温度，便有可能出现化学层面的失控，这不仅会导致电池的循环寿命和日历寿命的衰减，甚至可能引起更严重的安全事故。
如何提升电池性能
锂离子电池工作原理图
对于储能系统而言，将电芯始终保持在合适的温度区间内极为重要，有效的温控系统不仅能够保证储能电站的安全性以及使用寿命，也能在一定程度上提升性能与效率。
在这一过程中，我们需要着重解决两个问题。
01 控制单体电池的表面温湿度
保持最佳工作温湿度是进行温控的基础，一班要求点心工作温度为+15℃~+35℃；相对湿度在5%~95%之间且无冷凝水
02 避免电池系统中产生局部热点
电池间的温差不超过3℃，避免产生局部热点。
目前，储能温控系统主要的控温方式仍是风冷与液冷。
其中风冷是以空气为冷却介质，利用对流换热降低电池温度的一种冷却方式。由于空气的比热容低，导热系数也偏低，因此更适用于功率相对较小的通信基站、小型储能系统等。
储能风冷电池包
储能液冷温控系统由液冷机组、储能电池冷板、循环管路和快速接头等关键部件组成。与相同容量的集装箱风冷方案相比，液冷系统不需要设计风道，占地面积节约 50%以上，更适合未来百兆级以上的大型储能电站；由于减少了风扇等机械部件的使用，故障率更低；液冷噪声低，节省系统自耗电，环境友好。
江苏某储能电站
储能液冷温控系统的组成
储能液冷温控系统通过储能、放能、散热和温控等步骤来实现对电池的管理，以提高系统稳定性和电池寿命。
载冷剂将电池冷板吸收的热量通过蒸发器释放后，利用水泵运行产生的动力，重新进入冷板中吸收设备产生热量；机组在运行中，蒸发器（板式换热器）从载冷剂循环系统中吸取的热量通过制冷剂的蒸发吸热，制冷剂经压缩机压缩后进入冷凝器，并通过制冷剂的冷凝将热量释放到周围空气环境中。冷凝后的制冷剂通过膨胀阀返回到蒸发器；然后再被蒸发，如此循环往复。
储能均温液冷板
储能电池均温液冷板是一种用于储能电池的散热技术，可以有效地控制电池的温度，提高电池的使用寿命和安全性。液冷板可以通过液体循环来吸收电池产生的热量，从而降低电池的温度。目前，液冷技术已经被广泛应用于储能电池领域。
液冷板工作原理
均温液冷板的原理是使用非导电液体作为冷却介质，在电池组内实现均匀的散热。传感器检测电池组的温度，温度控制系统调节冷却剂的温度，确保电池组的温度保持均匀。均温液冷板的液冷循环系统可以有效降低电池组的温度上升，防止热点的产生，减小温度梯度，延长电池的寿命。
储能电池冷板技术选择
冲压钎焊薄板
场景：集装箱储能；电池工况：0.5C；1C
冷却形式：底部液冷；冲压钎焊下底板
场景：集装箱储能
电池工况：0.5C；1C
冷却形式：底部液冷
铝挤型材下箱体
场景：集装箱储能
电池工况：0.5C
冷却形式：底部液冷
可以看到目前主流的液冷板技术方向为钎焊和型材，那么这两种不同的技术，在实际应用中是否存在差别，两者在实际使用中的该做怎样的选择呢？
VS 
在电池热功率1716W@1C，水流量：10L/min，进水温度18℃，冷却液：50%乙二醇水溶液的测试条件下。钎焊冷板与型材冷板的温度差如下：
类型 | 最高温度 | 电池温差 |
钎焊冷板 | 57.42℃ | 2.74℃ |
型材冷板 | 60.01℃ | 5.86℃ |
电池冷板力学仿真
高倍率充放电液冷方案
仿真条件：电池热功率2176W@1C，水流量：15L/min，进水温度18℃，冷却液：50%乙二醇水溶液。
底冷方案
底冷方案解决了电池包中不同电池之间的温度差异，但由于电池自身导热系数低的问题，导致电池的顶部与底部的温差过高，达到35℃。
侧冷方案
侧冷方案不仅可以解决了电池包中不同电池之间的温度差异，还可以解决电池顶部与底部的温差过高的问题。
文章来源：电力电子技术应用
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