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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(guān)報告顯示，全球已有140多個經(jīng)濟(jì)體提出了程度不等的碳中和目標(biāo)。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(lǐng)域的綠色轉(zhuǎn)型對于碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)至關(guān)重要。


光伏發(fā)電，風(fēng)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(fēng)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(guān)鍵技術(shù)。國家十四五規(guī)劃和《2030年前碳達(dá)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。

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。


目前鋰電池機(jī)組主流的熱管理方式有兩種，風(fēng)冷和液冷，也有很多工程師在研究相變材料和液冷或風(fēng)冷的混合模式，但都還不成熟。風(fēng)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(fēng)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(yīng)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(dān)心灰塵，水汽凝結(jié)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(fēng)險。

風(fēng)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(yīng)用。

從冷卻效果來看和風(fēng)冷比液冷有比較大的優(yōu)勢，國外一所機(jī)構(gòu)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(fēng)速及流速下，液冷電池包的溫度在30-40攝氏度，而風(fēng)冷電池包的溫度要在37-45攝氏度。液冷的溫度均有性更好。


NO.2運行能耗

經(jīng)試驗研究，為了達(dá)到相同的電池平均溫度，風(fēng)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(fēng)冷比液冷要高3-5攝氏度。液冷的功耗更低。


NO.3電池?zé)崾Э仫L(fēng)險

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

結(jié)論

風(fēng)冷系統(tǒng)具有有初投資小、維護(hù)費用低、異于維護(hù)等優(yōu)點，比較適合小型民用或者商用電池?zé)峁芾矸绞?。但是，液冷逐漸在大型地面電站等大容量，高能量比的領(lǐng)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(lǐng)先地位，率先在市場上推出了3KW，5KW，8KW，15KW，40KW等型號的液冷機(jī)組。埃泰斯的水冷機(jī)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。

原標(biāo)題：儲能電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)液冷和風(fēng)冷優(yōu)劣勢分析及應(yīng)用場景探討