储能系统热管理 | 耐高温导热绝缘氮化硼垫片

 

什么是储能系统热管理？

储能系统热管理是确保储能系统高效运行和延长其使用寿命的关键。热管理旨在防止储能系统过热，并确保其工作在适宜的温度范围内。

 

储能系统在充电和放电过程中会产生大量的热量，如果这些热量没有得到有效的管理，会导致储能系统过热，不仅会影响其工作效率，还会缩短其使用寿命。此外，过高的温度还会导致储能系统中化学反应速率的增加，从而加剧电池的衰老。因此，对储能系统进行热管理至关重要。

 

储能热管理系统的构成

储能热管理系统通常包括热传感器、冷却系统（可能是液态或气态冷却介质）、热交换器、控制单元等部分组成。

 

传感器：监测电池组内各个单体的温度，并将数据实时反馈给控制单元。

冷却介质：常见的有空气冷却、液态冷却（例如水/乙二醇混合物）、相变材料等。选择冷却介质时需要考虑其导热性能、安全性和成本等因素。

 

热交换器：负责将电池产生的热量传导至冷却介质中，实现热量的迅速分散。

控制单元：根据传感器提供的温度信息进行分析，动态调节冷却系统的工作状态，以维持电池操作在理想的温度区间。

 

热管理技术的作用

热管理技术在储能系统中扮演着至关重要的角色。它负责控制和调节储能设备的温度，确保系统在最佳状态下运行。良好的热管理可以：

 

提高系统效率：通过维持适宜的工作温度，减少能量损耗。

延长设备寿命：避免过热导致的材料老化和性能下降。

保障系统安全：防止温度异常引发的安全隐患。

 

储能系统热管理的主要方法

1.被动式热管理

被动式热管理是一种简单有效的热管理方法，其依赖于自然对流和辐射来散热。在被动式热管理中，通常使用导热性能良好的材料来增强储能系统的散热效果。然而，由于其散热效率较低，对于高功率的储能系统，这种热管理方法可能无法满足散热要求。

 

2.主动式热管理

主动式热管理是一种更加高效的热管理方法，它通过使用主动散热装置来加快热量散发。其中，最常用的方法包括风扇、散热器、冷却剂等。主动式热管理能够显著提高储能系统的散热效率，并保持其工作在适宜的温度范围内。然而，这种方法需要更多的电力支持，同时也增加了系统的复杂性和成本。

 

储能热管理技术路线

 

储能热管理较为成熟的技术路线为风冷和液冷，其中风冷在目前储能系统中占主流，液冷方案在未来渗透率料将不断上升。

 

热管理成为储能系统核心，风冷与液冷是目前成熟的技术路线。储能热管理的冷却方式主要有以下三大技术路线：风冷（空气冷却）、液冷和相变冷却。

 

三大热管理技术对比

 

 风冷技术 
以其结构简单、安全可靠且易于实现的特点，在功率密度较小的集装箱储能系统和通信基站储能系统中得到了广泛应用。特别是当储能系统对能量密度和空间的要求不如动力电池系统那么严苛时，通过增加电池数量来降低工作倍率和产热率成为一种有效的策略。

风冷系统优点是结构较为简单，系统铺设方案成熟，整体成本和维护成本较低。缺点在于冷却介质比热容较低，风冷的换热系数较低（25~100），易导致电池簇间温差，整体散热效率低于液冷方案，同时通道占地更大，对预留面积要求更高。

 

 液冷技术 

利用水、乙醇、硅油等冷却液，通过液冷板上的导流槽与电芯间接接触来散热。这种技术的优势在于其高效制冷能力和占地面积的节省，非常适合未来大型储能电站的需求。此外，由于减少了风扇等机械部件，液冷系统的故障率更低，同时噪声小、自耗电少，更为环境友好。

 

 

其优点包括：

靠近热源，高效制冷；

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MW级以上的大型储能电站；

相比风冷系统，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。

 

 相变冷却技术 

利用相变材料在相变过程中吸收热量的原理来进行冷却。这种技术具有优异的热传导性能、高可重复使用性，以及体积小、重量轻的特点，非常适合高温高密度的环境。然而，相变材料的使用寿命有限，其冷却效果也会受到温度和压力的影响，同时需要依赖其他散热系统如液冷或风冷来导出吸收的热量。

相变冷却技术具有以下优点：

优异的热传导性能。

可重复使用性高。

体积小，重量轻。

适用于高温高密度的环境。

但其也存在一些缺点，如相变材料使用寿命有限、冷却效果会受温度和压力的影响，其散热能力差 ，吸收的热量需要依靠液冷系统、风冷系统等导出。

 

 

储能热管理发展历程

 

储能热管理的发展历程可以分为几个阶段，从初步的风冷系统到现代的高效液冷技术：

 

 风冷时代 

在2021年之前，风冷系统是储能热管理的主流技术。这种方法通过空调产生的冷风来冷却电池，具有系统简单、成本低和安装方便的优点。然而，风冷的散热效果较差，主要适用于电池能量密度较低、充放电速度慢的场景，如通信基站等。

 

 液冷时代 

2021年起，液冷技术开始成为主流。液冷主要通过冷板式液冷实现，使用液体作为换热媒介，具有载热量大、换热效率高的特点。这种技术适用于电池包能量密度高、充放电速度快、环境温度变化大的场景。

 

浸没式液冷时代：浸没式液冷是液冷技术的进一步发展，它将电芯整个浸没在绝缘、化学惰性的冷却液中，实现了电芯与空气、水分的完全隔离。这种方式彻底解决了电池在过充过放等情况下的热失控问题，实现了两度以内的温差，使均温性能达到极致，同时提高了容量、寿命、衰减等性能指标。