储能系统热管理之全浸没液冷

2023-05-10 储能与电力市场

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距离冷板式液冷储能系统逐渐在应用中与风冷系统分庭抗衡不足1年时间，全浸没液冷储能系统已悄然开始崭露头角。

佛山久安、易事特、科创储能、南瑞继保、储能在线等多个公司已经推出全浸没液冷储能系统产品，并且在大型储能电站中，全液冷储能系统也开始示范应用。

3月，南方电网梅州宝湖储能电站全浸没液冷储能系统投运（项目总规模70MW/140MWh，其中全浸没液冷储能系统15MW/30MWh）；

4月，广东佛山南海电网侧独立电池储能电站，75MW/150MWh浸没式舱级管理液冷储能系统集成招标。

在宣传中，全浸没液冷系统温度控制以及安全方面都较传统的冷板式液冷系统显得更为优秀。特别是冷却液在作为温度控制的介质外，还可以作为储能系统消防液使用，使得温度控制与消防合二为一，形成了此项技术最显著的特点。

但同时，全浸没液冷系统的系统成本、运维成本等方面也较风冷、冷板式液冷有所提高。温消融合的全浸没液冷储能系统，是否能成为继风冷、冷板式液冷之后，储能系统热管理的下一代技术，一切都等着时间和市场的验证。

图：南方电网梅州宝湖储能电站

红色圈内为全浸没液冷储能系统集装箱

储能热管理系统发展历程

电池储能系统是由大量电池单体串并联而成的。以一个20尺3.44MWh的液冷储能集装箱为例，采用280Ah的电芯，则需要电芯约3840颗以上。大量电芯集成在一起进行充放电操作，需要严格控制环境及电芯的温度，过高、过低的温度，轻则导致电芯寿命不一致，重则可能导致电芯失控，引发安全问题。

尽管单体电芯的温度适用范围都宣称在-20℃-45℃之间，但是实际运行中，为保证储能系统安全可靠、高性能、长寿命运行，需将电池系统的工作温度控制在15℃-35℃之间，温控系统的重要性不言而喻。

在电芯越做越大，从280Ah向300Ah+迈进的过程中，如何更好的控制温度，降低能耗，储能系统的温控系统也从风冷走向冷板式液冷，并出现了全浸没液冷。

全浸没液冷储能系统基本原理

全浸没液冷储能系统，主要特点在于储能系统集成时的热管理方式。

顾名思义，全浸没液冷储能系统中，储能电芯直接浸没于冷却液中，电芯与空气、水分等完全隔离，通过电芯与冷却液直接接触和循环，有效控制储能电池系统的运行温度，实现电池的快速、充分、均匀冷却降温。目前典型的全浸没液冷储能系统结构示意图如下所示。

“我们可以把风冷系统想象成吹风扇，把冷板液冷系统想象成贴近冰块，而全浸没液冷系统则可以想象成电芯集体“泡澡”，给电芯提供一个最为舒适的运行环境”，储能在线负责人徐际强跟储能与电力市场的记者形象地打了个比方。

根据选择的冷却液的不同，全浸没液冷储能系统，又可以分为水基、油基、氟基三种主要类型，其主要的特点如下表所示。

温消融和

储能系统热管理的3.0时代？

在温度控制方面，全浸没液冷储能系统优势明显。

全浸没液冷技术，常规运行下热传导效率较冷板式液冷技术提升5倍以上，水基和氟基浸没液更可以在冷却液相变蒸发的情况下将热传导效率提高200倍，油基则很难通过相变快速散热。

更具优势的是，由于浸没液与电芯全方位接触，电芯各向温度将更为一致，从而可避免冷板式液冷“头热脚凉”的矛盾，将单个电芯不同部位的温差从冷板式的上下温差12-15℃降低到5℃左右，从而真正使得运行工况下的循环寿命更接近实验室环境下的循环寿命。

温消融合，更是全浸没液冷储能系统独一无二的特点。

非油类的全浸没储能系统的冷却液也可以作为储能系统的消防液。绝缘无闪点的浸没式液体环境，可有效隔绝可燃气体、氧气、水、异物、电弧的影响。

储能在线的负责人徐际强表示，采用非油类的冷却液时，液体本身就具有灭火能力，电池箱内无需额外配置灭火系统。在发生事故时，可实现液体浸没灭火、相变蒸发冷却、应急主动制冷等多重防护，从而保证零热扩散。温消融合，是非油类是全浸没液冷储能系统最典型的特征。

从这个意义上讲，温消融合的全浸没液冷储能系统，较目前市面主流的底部冷板式液冷以及电动汽车上已经出现的侧面冷板式液冷，功能上更进了一步，或许可称为储能系统热管理的3.0时代。