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儲能電池熱管理系統(tǒng)液冷和風冷優(yōu)劣勢分析及應用場景探討
日期:2022-05-06   [復制鏈接]
責任編輯:chengling 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
源起于2015年的《巴黎協(xié)定》和聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)相關報告顯示,全球已有140多個經(jīng)濟體提出了程度不等的碳中和目標。從碳排放來源看,能源消費二氧化碳排放占我國二氧化碳排放總量的近九成,占溫室氣體凈排放量的近八成。因此能源領域的綠色轉(zhuǎn)型對于碳中和目標的實現(xiàn)至關重要。

圖1 一些機構對我國儲能投資市場預測

光伏發(fā)電,風力發(fā)電等新能源發(fā)電會成為未來新能源的重點發(fā)展對象。但要克服風電光伏的間歇性和波動性,整體電力系統(tǒng)都需要發(fā)生轉(zhuǎn)變。儲能,正是轉(zhuǎn)型之中的關鍵技術。國家十四五規(guī)劃和《2030年前碳達峰行動方案》也明確規(guī)定了發(fā)展新型能源儲能方式。從2020年的投資來看鋰電占了近90%的新型儲能方式。
圖2 2000-2020全球儲能市場累計裝機規(guī)模

但是鋰電的性能、安全和生命周期受到工作溫度的影響非常大,理想的電池工作溫度在25-35攝氏度,并且電池包內(nèi)的模組溫差要小5攝氏度。所以鋰電的熱管理非常重要。

圖3 溫度對電池性能的影響

目前鋰電池機組主流的熱管理方式有兩種,風冷和液冷,也有很多工程師在研究相變材料和液冷或風冷的混合模式,但都還不成熟。風冷和液冷各有特點。防凍液的密度是空氣的1000倍,比熱是空氣的4倍。因此作為熱量載體和風冷相比液冷先天具備載熱量大,流阻低,換熱效率高的特點,在電池包能量密度高,充放電速度快,環(huán)境溫度變化大的場合得到廣泛的應用。液冷系統(tǒng)可以和電池包高度集成,現(xiàn)場安裝方便,占地小,無需擔心灰塵,水汽凝結等問題。在有熱失控前兆的情況下,液冷方案可以依靠大流量的載冷介質(zhì)來強制電池包散熱和實現(xiàn)電池模塊之間的熱量重新分配,可以快速抑制熱失控持續(xù)惡化,降低失控風險。

風冷系統(tǒng)具備系統(tǒng)簡單、制造成本低、便于安裝等特點。在電池能量密度低,充放電速度慢的場景還是有比較多的應用。

從冷卻效果來看和風冷比液冷有比較大的優(yōu)勢,國外一所機構對此做了深入的研究。

NO.1電池包溫度

在相同的入口溫度和極限風速及流速下,液冷電池包的溫度在30-40攝氏度,而風冷電池包的溫度要在37-45攝氏度。液冷的溫度均有性更好。

圖4 風冷
 
圖5 液冷

NO.2運行能耗


經(jīng)試驗研究,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。

圖6 風冷和液冷的功耗

NO.3電池熱失控風險

由于空氣比熱容、對流換熱系數(shù)小等因素,電池風冷技術換熱效率低,電池發(fā)熱量增大,會導致電池溫度過高,存在熱失控風險;液冷系統(tǒng)可以大大降低電池的熱失控風險。

NO.4固定資產(chǎn)投資

據(jù)美國國家可再生能源實驗室(NREL)的數(shù)據(jù),目前4小時電池儲能系統(tǒng)每千瓦時的電池投資成本在1900人民幣(300美金),熱管理系統(tǒng)估計占電池成本的2- 4%,而液冷系統(tǒng)更易保障電池在舒適溫度工作,相較于風冷系統(tǒng)會延長電池壽命超過20%,綜合壽命周期來看液冷投資更少。
圖7 儲能電池投資成本

結論

風冷系統(tǒng)具有有初投資小、維護費用低、異于維護等優(yōu)點,比較適合小型民用或者商用電池熱管理方式。但是,液冷逐漸在大型地面電站等大容量,高能量比的領域成為主流的電池冷卻方式。目前,空調(diào)國際埃泰斯在液冷市場處于領先地位,率先在市場上推出了3KW,5KW,8KW,15KW,40KW等型號的液冷機組。埃泰斯的水冷機組以其制冷效率高、噪音低、電壓范圍廣、EMC性能好、重量輕等優(yōu)點,獲得了包括行業(yè)巨頭在內(nèi)的眾多企業(yè)歡迎,已經(jīng)向北美、歐洲、澳洲的多家客戶銷售安裝近萬臺套。

圖8 埃泰斯8KW,15&40KW液冷機組 
 
原標題:儲能電池熱管理系統(tǒng)液冷和風冷優(yōu)劣勢分析及應用場景探討
 
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來源:埃泰斯新能源科技(上海)有限公司
 
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