三伏盛夏驗證了液冷儲能的必要性

酷暑時節，我國多地高溫橙色預警，工商業用電緊張的同時，儲能系統也在面臨嚴峻的高溫考驗。即使沒有發生嚴重的火災或爆炸，儲能系統因高溫降載自我保護或嚴重時停擺是傳統風冷項目中尤為常見的現象。

為了避免極端高溫天氣造成投資人和終端客戶的損失，熱管理的方案設計和技術創新尤為重要，液冷成為了儲能賽道的熱門技術路線。

(資料圖)

我們為什么需要熱管理

電池熱失控可能會引發的嚴重安全隱患決定了熱管理的重要性。儲能系統工作過程中，電池會持續性地發生一系列放熱副反應。此時熱量如果得不到有效散發，可能導致誘發電池進入自加溫的熱失控狀態, 甚至引起電池燃燒及爆炸。因此，對于鋰電池儲能系統而言，溫控能力格外重要。

特斯拉澳大利亞最大儲能電站著火，2021.07.30

溫控能力的精準度對鋰電池的效率與壽命有極大影響。鋰電池最適宜的長期工作溫度為：20-30℃。研究顯示，過高和過低的電池溫度都會降低電池壽命，影響電池的安全性，甚至造成永久性的損壞；在0~40℃范圍內，電池溫度每升高 1℃，預期壽命將減少兩個月，電池的出力、安全性等均會受到影響。因此，有效的溫控系統能夠保證儲能電站的安全性以及使用壽命，更為精準的溫度控制可以在一定程度上提升儲能系統性能與效率。

電芯在不同溫度下的表現

對于儲能系統而言，溫度是影響電芯一致性的重要因素。當儲能系統中大量的單體電芯緊密排列時，運行工況更為復雜多變，容易造成產熱不均勻、溫度分布不均勻、電池間溫差過大等問題。比如在方形的電池組中，如果長期不進行主動熱均衡和熱管理，中間的電池通常比四周的電池溫度高5~15℃，此時電池的老化速度、充放電倍率等各項指標可能已發生不可逆的變化，從而影響系統整體壽命。所以說單體電芯之間的溫度差是影響儲能系統的重要因素。

綜上所述，為了確保儲能項目長期、穩定、安全、高效的運行，熱管理系統是鋰電池儲能中不可或缺的重要環節。

熱管理的方案對比

儲能溫控系統的主要功能是根據儲能系統運行的實際工況要求以及工作期間電池所經受的內、外熱負荷狀況，采用恰當的溫控技術來管理系統內、外部的熱交換的過程。熱管理技術主要為風冷、液冷、熱管冷卻和相變冷卻技術。目前儲能熱管理的主流技術路線是風冷和液冷，熱管和相變冷卻技術尚未成熟。

風冷利用空調風機、風扇或氣泵促使空氣流動，在電池表面或者散熱翅片處形成強制對流，將電池產生的熱量帶走。風冷因其統結構簡單且初始投資成本較低，成為目前儲能系統最普及的熱管理方案。但是，風冷方案的局限性在于：1、無法準確地控制單體電池之間的溫度差；2、能耗高帶來極高用電成本；3、散熱效率低，在高溫天氣下有極高的安全隱患；4、長期處于不健康高溫加速電池衰減程度。

風冷PACK（左）與液冷PACK（右）的散熱表現對比

相比而言，液冷在散熱效率、能耗、使用壽命及長期成本等方面體現出了巨大的優勢。

液冷儲能最大特點是散熱效率高，通過冷卻液對流直接對電芯散熱，不受外界環境因素影響，對溫度的控制更精確。液體相較氣體擁有更高的比熱容，在吸收大量的熱量后自身溫度不會產生明顯變化，故而能夠穩定電池溫度。同時，液體散熱能力是同體積空氣的3000倍，導熱能力是空氣的25倍，故液冷技術可以使溫度傳遞效果更快、更好。另外，液冷管道排布相比氣體流向的隨機性可以實現更高精流場控制系統，對每個電池包內的溫度進行采集并基于采集到的數據對整體的流量分配進行有效控制。

在能耗方面，儲能液冷通過制冷劑和電芯的熱交換，大部分情況下都可以使用無需壓縮機工作的自循環模式，而風冷由于能量密度低、受環境因素影響較大等原因，需要比液冷高4-6倍的能耗來達到相同的電池溫度控制，增加了系統運行的成本。

在使用壽命方面，液冷方案在精準控溫及提高電池放電深度一致性的方面有顯著優勢，可以有效減少電池組的容量衰減，從而大幅提高電池的使用壽。

實驗結果可得，長期工作溫度的差異，可能會導致電池實際使用壽命差異在1倍以上。

在儲能系統的全生命周期內，采用液冷系統的經濟性更優。雖然液冷初期成本略高于風冷，但液冷在系統功耗和運行效率方面極大的節省了運維成本，且因其對于電池健康運行的保障，必然在產品的全生命周期內跑贏風冷，成為獲益更高的選擇。

安瑞哲的實踐與真知

安瑞哲能源在最初研發時采用了風冷的方案，但是在海寧廠區的實際運行中，我們發現了產品的溫控與能耗問題帶來的安全風險與效益損失。

安瑞哲初代風冷儲能系統，海寧

經過潛心研發，安瑞哲全新推出了騏驥233-全液冷分布式儲能系統，這款產品將電池系統和PCS變流器一體化集成設計，并在行業內率先采用電池系統和PCS變流器全液冷熱管理的設計方案，可以大幅提高整個儲能系統的綜合效率。騏驥233經過了市場的檢驗，從項目運行的真實數據可以看出液冷確實在各方面優于風冷。

騏驥233-全液冷分布式儲能系統部分案例

結語

儲能系統作為投資回報周期較長的產品，其安全性與使用壽命是項目能否盈利的重要因素。我國目前的儲能市場還在發展的初期階段，很多投入使用的項目還沒有經過時間的檢驗。在綠色能源蓬勃發展的未來，風冷必將被取代，液冷會成為工商業用戶側或電網側中大型儲能項目的主要溫控方案。

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